🔧 집에서 직접 해보기

나침반과 건전지, 전선만 있으면 이 실험을 실제로 해볼 수 있습니다! 나침반 위에 전선을 놓고 건전지에 연결해 전류를 흘려보세요. 나침반 바늘이 살짝 움직이는 것이 보이나요? 전선의 방향을 반대로 연결하면 바늘이 반대로 움직이는지도 확인해 보세요.

💡 재미있는 사실!

1820년 덴마크 과학자 외르스테드는 전류가 흐르는 전선 옆에서 우연히 나침반이 움직이는 것을 보고 "전기와 자기가 서로 연결되어 있다"는 사실을 처음 발견했습니다. 이 발견이 오늘날 전자기학의 출발점이 되었습니다.

🧑‍🏫 선생님·학부모님을 위한 설명 도움말

원리 자세히 보기

• 자기장은 얼마나 셀까? — 곧은 전선 둘레의 자기장은 전류에 비례하고 전선에서 멀어질수록 거리에 반비례해 약해집니다. 1 A(암페어)의 전류가 흐르는 전선에서 1 cm 떨어진 곳의 자기장은 약 20 μT(마이크로테슬라)로, 지구 자기장(약 50 μT, 0.5 G)의 절반쯤입니다. 그래서 나침반 실험에서는 전선을 나침반 바로 위에 바짝 대야 바늘이 잘 움직이며, 바늘은 지구 자기장과 전선의 자기장을 합친 방향을 가리킵니다.
• 오른손 법칙 쓰는 법 — 오른손 엄지를 전류 방향으로 두고 전선을 감아쥐면, 나머지 네 손가락이 감기는 방향이 자기장의 방향입니다. 이때 '전류 방향'은 (+)극에서 (－)극으로 흐른다고 정한 약속이고, 실제 전자는 그 반대 방향으로 움직입니다.
• 감으면 세진다 — 전자석 — 전선을 코일로 여러 번 감으면 고리마다 생긴 자기장이 한 방향으로 더해져 막대자석과 같은 모양의 자기장이 됩니다. 코일 안에 철심을 넣으면 철 속의 작은 자석들이 같은 방향으로 줄을 서서 자기장이 훨씬 강해집니다. 전류를 끊으면 자석의 힘이 사라지므로 켜고 끌 수 있는 자석이 되어, 고철 운반 크레인·초인종·스피커 등에 쓰입니다.
• 힘은 서로 주고받는다 — 전동기 — 전류가 나침반(자석)을 움직인다면, 반대로 자석도 전류가 흐르는 전선을 밉니다. 자기장 속의 전선이 받는 이 힘을 계속 돌아가게 만든 것이 전동기(모터)입니다. 움직이는 전자가 자기장에서 받는 힘(로런츠 힘)은 자연 속 진동과 교류 편에서 더 자세히 다룹니다.
• '변할 때'만 거꾸로도 된다 — 유도 — 전류가 자기장을 만들듯 자기장도 전류를 만들 수 있지만, 자기장이 변하고 있을 때만 그렇습니다. 코일 속에 자석을 넣고 가만히 두면 전류가 흐르지 않고, 넣거나 뺄 때만 흐릅니다. 발전기·변압기·교통카드가 이 원리를 씁니다(RFID/NFC).
• 전파로 이어지는 길 — 전류의 방향이 계속 바뀌면 자기장도 따라 변하고, 변하는 자기장은 다시 전기장을 만듭니다. 이 사슬이 전파가 되는 과정은 직류와 교류의 차이와 전파는 어떻게 만들어질까? 편으로 이어집니다.

전기와 자기 연구의 발전사

1831년 패러데이의 전자기 유도 발견과 그 뒤 맥스웰까지의 이야기는 전파는 어떻게 만들어질까? 편의 '좀 더 알아보기' 표에 정리되어 있습니다.

비유로 설명하기

• 전선 둘레의 자기장은 "꼬치에 꿴 도넛 고리"와 같습니다. 전선(꼬치)을 중심으로 동그란 고리가 겹겹이 둘러싸고 있고, 꼬치에서 멀리 있는 큰 고리일수록 힘이 약합니다.
• 철심이 자기장을 키우는 것은 "제멋대로 서 있던 학생들이 선생님 구령에 맞춰 한 방향으로 줄을 서는 것"과 같습니다. 각자 다른 방향을 볼 때는 힘이 서로 상쇄되지만, 한 방향으로 서면 힘이 합쳐집니다.

자주 하는 오해

• "전류의 방향은 곧 전자가 움직이는 방향이다" — 전류의 방향은 전자가 발견되기(1897년) 훨씬 전에 (+)에서 (－)로 정한 약속입니다. 실제로 (－)전하를 띤 전자는 반대 방향으로 움직이지만, 오른손 법칙 등은 모두 약속된 전류 방향을 기준으로 합니다.
• "나침반의 N극은 지구의 N극을 가리킨다" — 자석은 서로 다른 극끼리 끌어당기므로, 나침반 N극이 끌려가는 북쪽 지방에는 사실 지구라는 자석의 S극이 있습니다. '북극'은 땅의 이름이고 'N극'은 자석의 극 이름이라 헷갈리기 쉽습니다.

함께 해 볼 질문·활동

• 쇠못에 피복 전선(또는 에나멜선)을 10번, 30번 감아 1.5 V 건전지에 잠깐 연결하고, 클립을 몇 개 들어 올리는지 비교해 보기 (건전지는 1개만 쓰고 몇 초씩만 연결하세요. 오래 연결하면 전선과 건전지가 뜨거워집니다.)
• 스마트폰의 자기장 센서(자력계) 측정 앱을 켜고 전자석이나 냉장고 자석에 가까이, 멀리 대 보며 숫자가 어떻게 변하는지 기록하기
• "전선을 나침반 위가 아니라 아래로 지나가게 하면 바늘이 도는 방향은 어떻게 될까?" 예상해 본 뒤 오른손 법칙으로 확인하기