패러데이와 전자기유도 현상의 발견

패러데이는 정전기와 전기 화학 연구, 특히 전자기유도의 발견으로 현대 과학의 발전에 획기적인 업적을 이룩한 과학자이다. 자연 법칙은 간단한 한가지로 되어 있다는 자연 법칙의 유일성을 굳게 믿던 패러데이는 전자기의 관계에도 법칙이 있을 것이라고 생각했다. 그리하여 연구 끝에 회로 옆의 자석이 정지하여 있으면 아무런 일도 일어나지 않지만 자석을 조금이라도 움직여주면 회로에 전류가 흐름을 발견하였다. 이것은 회로에 전지를 연결하지 않아도 회로 주위에 전기장이 유도되어 회로에 전류가 흐르게 되었음을 알려 주는 것이다. 또한 회로와 자석을 동시에 똑같이 움직여 주면 다시 회로에는 전류가 흐르지 않는다는 것을 발견하였다. 그뿐 아니라, 자석을 가만히 놓아두고 회로를 움직이면 회로에 전류가 흐른다는 사실 즉, 회로와 자석 사이의 상대적인 운동이 전기장을 만들어내는 데 중요한 요소라는 것을 밝혀냈다. 그리고 회로와 자석 사이에 움직이는 상대 운동의 방향을 바꾸면 자석을 회로에 가까이 가져가고 멀리 가져가면 움직이는 방향에 따라 회로에 흐르는 전류의 방향도 바뀐다는 것을 발견하였다.


전자석은 어떻게 만들까?

본문에는 현 초등학교 과학 교과 과정에 등장하는 전자석을 만드는 방법이 패러데이의 설명으로 자세히 나타난다. 패러데이는 쇠못을 알코올램프로 뜨겁게 달구었다. 그리고는 쇠못에 종이를 감고 에나멜선을 촘촘히 감았다. 양끝을 테이프로 고정시키고, 에나멜선의 양끝을 칼로 벗겨 에나멜선의 양끝을 건전지에 연결했다. 패러데이는 쇠못 가까이 압핀을 가지고 갔다. 압핀은 쇠못의 끝에 철커덕 달라붙었다.

유쾌한 과학자 패러데이는 전자기학의 기초인 전자석을 만드는 방법부터 차근차근 쉽게 가르쳐 준다. 아이들의 이해를 돕기 위해 그림과 설명을 함께 제시하여 전자석을 만들어 보고, 더불어 전자석이 가진 특징은 무엇인지, 그것이 우리 생활 어느 곳에 이용되는지도 함께 살펴본다.


전동기와 발전기의 원리

패러데이는 전자기유도 현상에서 나아가 전동기(전기 모터)와 발전기의 원리까지 설명해 주었다. 발전기는 자기로 전기를 만들어 내는 장치이고, 전동기는 전기를 이용해 자기를 만들어 내는 장치이다. 따라서 구조는 비슷하지만 발전기는 자석끼리의 다른 극을 밀어냄과 같은 극을 끌어당기는 성질을 이용해 자석을 회전시켜 자기장에 변화를 주고 그로 인해 전기를 생성하는 반면, 전동기는 전기를 걸어 주어 자기를 만들어 내면 둥글게 되어 있는 자석 안의 막대자석이 극성을 띄게 되고 자석의 성질 때문에 회전하는데 그것에 축을 끼워 회전시키는 것이다.

결과적으로 과학자 패러데이의 발견은 동일한 기본적 현상의 두 가지 측면을 보여 주었다. 전하와 자석은 둘이 모두 상대방에 대하여 정지해 있으면 상대방의 존재를 알지 못하지만, 서로 상대적으로 움직이면 모두 힘을 받으므로 전하는 전기력, 자석은 자기력 모두 상대방의 운동을 인식할 수 있게 되는 것이다.

이 책의 구성 및 장점
― 개정된 교육과정을 반영하여 각 수업마다 연관되는 교과연계표를 삽입하였다. 즉, 교과 공부에도 도움을 주도록 하였다.
― 각 수업마다 ‘만화로 본문 읽기’ 코너를 두어 각 수업에서 배운 내용을 한 번 더 쉽게 정리할 수 있게 하였다.
― 꼭 알아야 할 중요한 용어는 ‘과학자의 비밀노트’ 코너에서 보충 설명하여 독자들의 이해를 도왔다.
― ‘과학자 소개 ? 과학 연대표 ? 체크, 핵심 내용 ? 이슈, 현대 과학 ? 찾아보기’로 구성된 부록을 제공하여 독자에게 본문 주제와 관련한 다양한 정보를 제공하였다.



◆ 추천평

패러데이는 건전지가 연결되어 있지 않은 코일 앞에서 자석을 움직이면 코일에 전류가 흐른다는 것을 처음 알아낸 물리학자이다. 이것은 자석이 전기적인 힘을 만들어 낸다는 것으로, 패러데이의 전자기 유도 법칙이라고 부른다. 이 원리는 전자석이나 전동기 또는 발전기의 원리가 되는데, 이 책에서는 이러한 패러데이의 위대한 발견이 구체적으로 어떤 내용인지를 설명해 주고 있다. 특히 이 책에 나와 있는 전자석과 전동기를 이용한 다양한 실험들을 통해 청소년들이 쉽고 재미있게 전자석의 원리와 전동기 및 발전기의 원리를 깨칠 수 있다.

KAIST 전기공학부 교수, 김정호



이 책은 청소년들에게 전자석, 전동기, 발전기의 원리를 가르쳐 주는 책이다. 저자는 학생들과 간단한 재료를 이용하여 전자석이나 전동기를 만들어 보면서 그 원리를 알려 주고 있다. 특히 책의 마지막 부분에 실은 저자의 창작 동화 ‘코난과 유령의 집’도 눈여겨볼 만하다. 과학 천재 코난이 전자석과 전동기의 원리를 이용하여 유령의 집을 차지하려는 범인을 찾아내는 장면은 매우 인상적이다. 청소년들은 이 동화를 통해 패러데이의 과학에 흥미롭게 다가갈 수 있을 것이다.

벽제초등학교 교사, 황규연