재미있는 과학이야기 - 나침반, 자석, 그리고 마이클 패러데이

재미있는 과학이야기 - 나침반, 자석, 그리고 마이클 패러데이

전기와 자기는 어떤 관계에 있는 것일까?

이 의문에 대답한 과학자 M.패러데이는, 런던 근처의 시골 마을에서 가난한 대장장이의 10명이나 되는 아이들 중 하나로 자라났다. 마이클은 학교 교육도 제대로 받지 못한 채, 열세 살의 나이로 제본소에서 일하게 되었다.

제본소 주인을 친절한 사람이어서, 소년이 과학에 흥미를 갖고 있다는 것을 알고, "영국 학사원"의 H.데이비의 강의에 출석할 수 있도록 배려해 주었다. 데이비는 곧 이 제자의 우수한 재능을 알아차리고 그를 자기 조수로 삼았다. 

패러데이는 그로부터 불과 수년 안에 영국의 과학계를 이끌어 가는 사람 중의 한 사람이 되었다.

패러데이가 전기력과 자기력에 대해 강한 흥미를 갖게 된 것은, 네덜란드의 과학자 H.외르스테드의 실험에 대해 듣고 난 후부터였다. 전기와 자기가 어떤 관련이 있으리라는 것은, 외르스테드를 필두로 일부 과학자들에 의해 이전부터 감지되고 있었다. 

오르스테드는 코펜하겐 대학에서 강의하던 중에, 이 두 힘의 관계를 아주 간단한 실험으로 멋지게 보여주었다.

그는 철사에 전류를 흐르게 하고, 그것을 회전축에 장치해서 회전하는 자침 위에 놓았다. 그러자 자침은 그때까지의 위치에서 어느 한쪽으로 흔들렸다. 다음에 철사에 흐르는 전류를 반대 방향으로 흐르게 하자 자침은 다시 반대쪽 방향으로 흔들렸다.

이것은 전선 주위에 자장이 형성되었다는 것을 의미한다. 이 성공은, 지금까지의 실험과는 달리 철사를 자침과 평행으로 놓았다는 점에 있었다.

'외르스테드의 실험에서는 전류가 자기를 발생시킨 것으로 생각할 수 있다. 그렇다면 자기도 전류를 발생시킬 수 있지 않을까?'

패러데이는 자석을 들어서 보통의 전선 코일 안에 삽입시켰다. 그가 자석을 넣거나 뺄 때마다 전류는 코일을 통해서 직접 흘렀다. 전류를 발생시키기 위해 필요한 것은 전선 코일과 움직이는 자석이 있으면 충분했던 것이다.

패러데이는 전자기 유도, 즉 자기에 의해 전류가 발생한 다는 것을 발견하여 근대 과학의 위대한 발견자 중의 한 사람이 되었다.

같은 무렵, 미국에서도 또 한 사람의 위대한 개척자 J.헨리가 비슷한 발견을 하고 있었다. 헨리는 철로 된 막대에 절연시킨 전선을 몇 겹으로 감았다. 그러고 나서 전지에 그 전선을 연결시켰다. 전류가 흐르는 순간, 철 막대는 강력한 자석으로 되었다.

그 자석은 어느 정도의 무게를 들어올릴 수 있었을까? 헨리가 만든 전자석 중 하나는 약 340kg정도의 물건을, 그리고 또 다른 한 자석은 약 900kg의 무게를 갖는 물건을 들어 올렸다. 이렇게 해서 무거운 금속이나 기계를 움직일 수 있는 강력한 전자석이 만들어진 것이다.

이어서 헨리는 전자기를 또 다른 용도에 쓸 수 있다는 것을 생각해 냈다. 만약 길이 2km정도의 철사를 준비한 다음, 그 한쪽 끝에 전지를 연결했다고 해보자. 단추를 누르면 전류가 철사에 흐르게 된다. 전선의 다른 한쪽 끝을 건드려 보면 전자석이 되어 있다는 것을 알 수 있다. 

이것은 바로 전신기의 원리이다. 그러나 헨리는 그 모형만 만들었을 뿐, 전신기의 발명자가 되지는 못했다.

그는 자신의 발명에 특허권을 행사하지 않았다. 과학의 발명으로 생긴 이익은 모든 인류가 향유해야 한다고 믿었기 때문이다. 그러나 다른 사람들은 헨리의 공적을 그리 중요하게 여기지 않았다. 그러나 헨리의 전자석을 이용해서 S.F.B.모스는 전신기를, A.G.벨은 전화기를 발명했다.

1830년에, 헨리는 다시 전자석을 또 다른 방식으로 이용할 수 있는 방법을 발견했다. 만약 전자석이 금속 조각을 움직이게 한다면, 바퀴를 회전시키는 것도 가능하지 않을까?

헨리는 이 착상을 이용해서 전기 모터를 만들었다. 그것은 냉동기, 재봉틀, 가정용 믹서 등 근대 생활을 쾌적하게 만든 많은 생활 용품의 핵심이 되었다.

전동기는 전기에너지를 기계가 움직이는 데 필요한 운동 에너지로 변환시켰다. 그러나 전기는 어디에서 얻을 수 있단 말인가?

분명히 볼타의 전지나 게리케의 유황 공으로 만든 기전기는 필요로 하는 만큼의 힘을 주지는 못했다.

발전기를 발명해서 이 문제를 해결한 것은 바로 패러데이였다. 그는 자석의 양극 사이에 금속으로 만든 바퀴를 설치했다. 그러자 바퀴는 회전하면서 지속적으로 전류를 만들었다.

발전기의 바퀴를 움직이게 한 것은 무엇일까? 발전기의 바퀴를 돌려 커다란 전력을 만들어 낸 것은 폭포의 수력이나 증기의 화력이었다. 

패러데이는 다량의 전기를 공급할 수 있는 길을 열었고, 헨리는 그것을 가정이나 공장에서 이용할 수 있는 방법을 보여주었다. 우리들의 생활과 노동하는 방식은, 모두 이 두 사람의 위대한 개척자에 의해 변화된 것이다.