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자석의 발견
자석이란 쇳조각을 끌어당기거나 전류에 작용을 미치는 성질을 자성이라 하는데, 이러한 자성을 지닌 물체를 말한다.
지구에는 아주 먼 옛날부터 철을 끌어당길 정도로 자화되어 있는 물체가 존재하고 있었으며, 이것은 천연자석으로 중국인들이 발견했다. 이것은 모양이 일정치 않은 일종의 자철광 덩어리였다. 그러나 양쪽 끝에 N극과 S극, 두개의 극이 존재했다.
중국인들은 이 자철광으로 막대 모양의 막대자석, U자 모양의 말굽자석, 바늘 모양의 지침을 만들었는데, 이것은 발명이었다. 여기에서 지침은 가벼운 갈대 또는 나무 등에 붙여서 물에 띄워 방향을 구분하는데 사용했는데, 이것이 세계 최초의 나침반이었다. 나침반은 르네상스 세계 3대 발명 중의 하나다.
우리의 생활용품 중에 자석을 이용한 발명품처럼 흔한 것도 없다. 텔레비전이나 컴퓨터 모니터에 부착되어 화면 조절에 쓰이고 있고, 마이크와 스피커, 전화기, 녹음기, 냉장고, 세탁기 등에도 내장되어 있다.
미시적으로는 컴퓨터의 기록 장치에도 응용되고 있고, 크게는 발전소의 발전기에서 전류를 발생시키는 장치로 쓰여 지고 있다. 더 나아가 입자 가속기에서 다루어지는 전자석들은 그 형태가 다양하고 매우 정밀하며, 핵융합로에는 초전도 자석들이 사용될 예정이고, 고속철도에 응용될 자기부상 열차는 많은 수의 자석들을 필요로 하고 있다. 전자석은 1820년 프랑스의 아라고가 원형회로의 자기작용을 이용하여 발명했다.
자석은 외부자기장에 의한 자성에 따라 일시자석과 영구자석으로 나눌 수 있다. 일시자석은 전자석의 철심과 같이 외부자기장을 제거하면 자성이 없어지는 것이고, 영구자석은 일단 자성을 가지면 외부자기장을 제거해도 장기간 자성을 보유하는 것이다. 자석의 힘은 종이·플라스틱·유리 등도 통과하여 작용한다.
자석의 특성은 둘로 절단해도 각각 자석으로서의 성질을 유지하며, 이것을 다시 둘로 절단해도 각 단편이 계속해서 자성을 지닌다. 이와 같이 자석은 아무리 분할해도 항상 자성이 나타난다. 만약 한 극만 얻기 위하여 막대자석을 자르면 각 조각이 한 개의 자석이 되어 버린다. 또 자르면 4개의 자석이 된다. 계속 자르더라도 한 개의 극만 존재하는 경우는 없다. 원자의 크기로 작게 자르더라도 역시 두개의 극이 존재한다. 결국 원자 자신이 자석임을 의미한다.
우리나라에서 발견된 자석과 관련된 유물로는 지금의 평양지역에서 약 2천여 년 전에 사용되었던 천반의 조각을 들 수 있으며, 기록으로는 ‘삼국사기’ 신라편의 구절을 들 수 있다. ‘동의보감’에는 약재로서도 기록되어 있다.
글 : 왕 연 중
(한국발명문화교육연구소 소장 겸임 영동대학교 발명특허학과 교수)
(이메일 : wangyj39@dreamwiz.com 전화 : 011-890-8578 )
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