개념 정리
자석의 성질과 자기장 (인력과 척력)
단원 개요
철을 끌어당기는 신비한 돌 자석! N극과 S극이 밀고 당기는 인력·척력의 법칙과 자석 주위에 펼쳐진 보이지 않는 힘의 공간인 '자기장(자기력선)' 모양, 그리고 지구 자기장의 비밀을 배웁니다.선수 개념
필수 키워드:N극(North)S극(South)자석의 극인력(Attraction, 끌어당기는 힘)다른 극끼리척력(Repulsion, 밀어내는 힘)같은 극끼리자석의 비분리성N극과 S극을 모두 가진 작은 자석 2개자기장(Magnetic field)
유물과 표본
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자석의 극과 인력·척력의 법칙
자석에는 언제나 N극(North)과 S극(South)이라는 두 개의 극이 있습니다. 자석에 철 클립이나 쇳가루를 가까이 가져가면 자석의 가운데 부분에는 거의 붙지 않고 양 끝부분에 가장 많이 매달리는데, 이처럼 자석의 힘이 가장 강한 양 끝을 자석의 극이라고 합니다.
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인력(Attraction, 끌어당기는 힘): 서로 다른 극끼리(N극과 S극) 마주 보면 서로 강하게 끌어당겨 달라붙습니다.
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척력(Repulsion, 밀어내는 힘): 서로 같은 극끼리(N극과 N극, S극과 S극) 마주 보면 서로 밀어냅니다.
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자석의 비분리성: 긴 막대자석이 부러져 두 조각이 나더라도 N극만 있는 자석과 S극만 있는 자석으로 나뉘지 않고, 부러진 자리에서 즉시 새로운 극이 생겨나 N극과 S극을 모두 가진 작은 자석 2개가 됩니다.
핵심 원리
기억 공식: '다르면 끌리고(다른 극 = 인력), 같으면 밀어낸다(같은 극 = 척력)!' 아무리 자석을 작게 쪼개도 N극과 S극은 항상 한 쌍으로 존재합니다.2
자석 주위의 자기장(Magnetic Field)과 자기력선 모양
자석이 철이나 다른 자석에 직접 닿지 않고 떨어져 있어도 힘이 작용하는 까닭은, 자석 주위 공간에 자기력(자석의 힘)이 미치는 보이지 않는 공간인 자기장(Magnetic field)이 펼쳐져 있기 때문입니다. 투명한 아크릴판이나 종이 아래에 막대자석을 놓고 위에서 철가루를 골고루 뿌린 뒤 톡톡 두드리면, 철가루들이 작은 자석으로 자화되면서 자기장의 모양을 따라 선(자기력선)으로 아름답게 배열됩니다.
| 자석 배치 형태 | 철가루(자기력선) 배열 모양 특징 | 자석 주위 나침반 바늘의 방향 |
|---|---|---|
| 막대자석 1개 | 양 끝(N극, S극)에 철가루가 가장 빽빽하게 모이고, N극에서 S극으로 둥근 곡선 모양으로 연결됨 | 나침반의 N극(빨간 바늘)은 자석의 S극 쪽을 향하고, 자석의 N극에서는 반대쪽으로 밀려남 |
| 다른 극 마주 보기 (N - S) | 인력이 작용하여 두 극 사이에 철가루들이 다리를 놓듯 서로 이어진 모양으로 빽빽하게 배열됨 | 두 극 사이에 놓인 나침반의 N극은 S극 자석을 향해 일직선으로 정렬됨 |
| 같은 극 마주 보기 (N - N) | 척력이 작용하여 두 극 사이의 한가운데가 비어 있고 철가루들이 서로 밀어내듯 양옆으로 휘어진 모양이 됨 | 두 극 정중앙에서는 자기력이 상쇄됨 |
풀이
1) 나침반 바늘 자체도 하나의 작은 자석이며, 빨간색 바늘이 N극, 파란색 바늘이 S극입니다.
2) 막대자석의 S극 옆에 나침반을 놓았으므로, 다른 극끼리 끌어당기는 '인력'에 의해 나침반의 '빨간색 바늘(N극)'이 막대자석의 S극(왼쪽)을 향하게 됩니다.
3) 반대로 같은 극끼리 밀어내는 '척력'에 의해 나침반의 '파란색 바늘(S극)'은 막대자석에서 먼 오른쪽을 가리킵니다.
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나침반의 원리(지구 자기장)와 자주 틀리는 오개념
주변에 다른 자석이 없을 때 나침반을 평평한 곳에 놓으면, 나침반의 빨간색 바늘(N극)은 언제나 지구의 북쪽을 가리키고 S극 바늘은 지구의 남쪽을 가리킵니다.
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이는 우리가 살고 있는 지구 자체가 하나의 거대한 막대자석처럼 지구 자기장을 가지고 있기 때문입니다.
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다른 극끼리 끌어당기는 원리에 따라, 나침반의 N극을 북쪽으로 끌어당기는 지구의 북극 근처 땅속에는 자기적으로 'S극'의 성질이 있고, 지구의 남극 근처에는 자기적으로 'N극'의 성질이 있습니다.
자주 틀리는 오개념 정리:
1
"자석 주위에 놓은 나침반의 N극은 언제나 북쪽만 가리킨다?" 오개념입니다! 지구 자기장보다 가까이에 놓인 막대자석의 자기력이 훨씬 강하므로, 자석 가까이에 나침반을 놓으면 북쪽이 아니라 막대자석의 S극 쪽으로 끌려가 방향이 바뀝니다(따라서 나침반으로 방위를 찾을 때는 주변에 자석이나 철 물체를 치워야 합니다!).
2
"철가루가 배열된 선(자기력선)은 양극에서 똑같이 사방으로 뻗어 나가기만 한다?" 자기장의 방향은 화살표로 나타내면 항상 N극에서 출발하여 S극으로 들어가는 방향입니다.
학습 도움말
막대자석 주위 어디에 나침반을 놓더라도 나침반 바늘 방향을 단번에 찾는 비법: 나침반의 빨간 바늘(N극)은 막대자석의 N극으로부터는 도망가고(화살표가 나감), S극 쪽으로는 끌려갑니다(화살표가 들어감)!핵심 요약
- ✓자석은 N극과 S극을 가지며, 같은 극끼리는 밀어내고(척력) 다른 극끼리는 끌어당긴다(인력).
- ✓자석의 힘이 작용하는 주위 공간을 자기장이라 하며, 철가루를 뿌리면 양극에서 가장 빽빽하고 곡선으로 이어진 자기력선 모양을 볼 수 있다.
- ✓자기장의 방향은 나침반의 N극이 가리키는 방향이며, 자석 외부에서 항상 N극에서 나와 S극으로 들어간다.
- ✓나침반의 N극이 지구의 북쪽을 가리키는 까닭은 지구가 거대한 자석이고 지구의 북극 근처가 자석의 S극 성질을 띠기 때문이다.