전자석

과학 시간에 쇠못에 전선을 둘둘 감아 본 적 있나요? 전선의 양 끝을 건전지에 이어 붙이는 순간, 못 끝에 클립이 우르르 달라붙어요. 그러다 전선 한쪽을 떼면 클립은 곧바로 후두둑 떨어져요.

전선에 전류가 흐르면 그 둘레에 눈에 보이지 않는 힘의 영역이 생겨요. 이 영역을 자기장이라고 불러요. 자기장 안에 들어온 쇠붙이는 자석에 붙듯이 끌려와요.

전선 한 가닥이 만드는 자기장은 아주 약해요. 그래서 전선을 못에 여러 번 감아요. 한 바퀴가 내는 약한 힘이 감은 바퀴 수만큼 겹쳐지면서 쓸 만한 세기가 돼요. 이렇게 촘촘히 감아 놓은 전선 뭉치를 코일이라고 불러요.

여기서 기억할 점은 전기가 흐르는 동안에만 자석이 된다는 것이에요. 건전지를 떼면 전류가 끊기고, 끌어당기던 힘도 함께 사그라들어요.

못에 전선을 감은 그 실험을 그대로 크게 키우면 폐차장 크레인이 돼요. 크레인 끝에는 굵은 전선이나 금속 띠를 아주 여러 바퀴 감아 만든 커다란 원판이 달려 있어요. 스위치를 켜면 자동차 한 대가 통째로 딸려 올라와요.

힘을 세게 만드는 방법은 세 가지예요. 전선을 더 많이 감거나, 더 센 전류를 흘리거나, 코일 속에 쇠막대를 넣는 거예요. 실험에서 못이 하던 역할이 바로 이 쇠막대예요.

코일 속에 넣는 쇠막대를 철심이라고 불러요. 철심 속 쇠 알갱이들이 코일의 자기장을 따라 한 방향으로 줄을 서면서, 자기장을 수백 배로 부풀려 줘요. 못을 빼고 전선 뭉치만 남기면 클립이 잘 붙지 않는 이유가 여기 있어요.

크레인 기사가 고철을 내려놓을 때는 밧줄을 푸는 대신 스위치를 끄기만 하면 돼요. 전류가 끊기는 순간 줄 서 있던 알갱이들이 흐트러지고, 고철 더미는 그대로 떨어져요.

실험에서 건전지를 떼면 클립은 떨어지지만, 그 못을 나침반 곁에 대 보면 바늘이 살짝 움직일 때가 있어요. 줄을 섰던 쇠 알갱이 가운데 일부가 원래 자리로 돌아가지 못하고 남아 있기 때문이에요. 이렇게 남은 약한 자기를 잔류 자기라고 불러요.

그래서 전자석의 힘은 스위치를 끈 뒤에도 완전히 0이 되지는 않아요. 크레인용 철심은 자기가 잘 남지 않는 무른 쇠로 만들어 이 문제를 줄여요. 냉장고에 붙이는 자석처럼 힘이 늘 남아 있는 것은 따로 영구자석이라고 불러 구별해요.

또 하나, 전자석은 켜 두는 동안 계속 전기를 먹어요. 코일에 전류가 흐르면 전선이 데워지기 때문에 큰 전자석은 식혀 주어야 해요. 크레인이 고철을 오래 매달아 두지 않고 얼른 옮겨 놓는 데는 이런 이유도 있어요.