1. 전기
전기는 물과 비교하여 이해하면 쉽습니다. 아래 그림처럼 A 수조의 물은 B 수조로 흘러가게 됩니다. 그 이유는 중력으로 인해 생기는 위치에너지(수위차)의 차이 때문입니다. 전자도 마찬가지로 전기적 위치에너지(전위)를 가지며 물처럼 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 됩니다. 이때, 전위차를 전압(단위:볼트 V)라고 하고 전자의 이동을 전류(단위:암페어 A)라고 부릅니다. 물이 흐르며 물레방아를 돌리 듯 전자가 이동하며 전자부품을 동작시키게 됩니다.
전류는 유량(물이 흐른 양)과 같은 개념으로 이해하면 더욱 쉽습니다.
그럼, 물은 언제까지 A 수조에서 B 수조까지 이동하게 될까요?
당연히 물의 높이가 같아질 때까지 이겠지요. 물의 흐름이 멈추었을 때, 물레방아는 멈추겠지만 물이 어디로 사라지지 않았지요? 전자 역시 흐름을 멈춘다고 해서 사라지지 않습니다. 전자가 가진 에너지로 전자부품을 동작하는 것이지 전자 자체를 소모하면서 전자부품을 동작시키는 것은 아니기 때문입니다. (전하량 보존의 법칙)
물을 계속 흐르게 하려면 펌프를 이용하여 B 수조의 물을 A 수조로 옮기면 됩니다. 전기의 경우 전류가 계속 흐르게 하는 펌프와 같은 힘을 기전력(전원에 의해 생성되는 전위차)이라고 부릅니다. 대표적인 것이 건전지인데 건전지의 화확반응을 이용하여 계속 전류를 흐르게 합니다.
2.1. 자석
1. 자석이란?
쇳조각을 끌어 당기거나 전류에 미치는 성질을 자성이라 하며, 이러한 자성을 지닌 물체를 자석이라고 합니다. 이 자석에는 두개의 극이 있는데 자기장 안에서 가장 자성이 센 부분을 가리키며 N극과 S극으로 부릅니다. 자석의 성질 중 가장 중요한 것은 누구나 다 알 듯이 같은 극끼리는 밀고, 다른 극 끼리는 달라붙으려는 성질입니다.
2. 자석의 원리
아직 자석의 모든 정확한 원리가 규명되지는 않았습니다.
아래 내용은 원자자석 주된 원인 중 하나인 원자 중 전자의 자전/ 스핀으로 발생하는 자기모멘트를 기반으로 설명합니다.^^
전류가 흐르면 자기장이 생기게 되는데 이 때 발생하는 자기장의 방향은 솔레노이드 오른손 법칙을 이용하여 쉽게 기억할 수 있습니다.
아래 그림을 보면 손가락이 전류의 방향, 엄지손가락이 자기장의 방향(N극)이 됩니다.
그럼 아래 그림처럼 원자핵을 중심으로 회전하는 전자의 이동을 하나의 고리로 보고 이 고리를 전류(전류:전자의 이동)라고 이해하면 위 솔레노이드 오른손 법칙으로 기억한대로 위 방향으로 자기장이 발생한다는 것을 알 수 있습니다. 어떤 물질이 이러한 형태의 분자들이 같은 방향으로 많이 향하고 있으면 있을수록 강한 자성을 띄게 됩니다.
쇠붙이의 경우 이러한 분자의 모형들이 자유롭게 여러방향으로 있다가 자석을 가까이 하게 되면 자성(같은 극은 밀고, 다른 극은 당기는)에 의해 방향이 정렬되어 이 쇠붙이도 자석이 되게 되어 아래 그림처럼 클립을 붙일 수 있는 자석이 되며, 자석을 떼어내면 분자 모형이 원래대로 되어 자성을 잃어버리게 됩니다, 하지만, 자석을 오래 붙여놓고 있으면 방향이 계속 유지되어 자석을 떼어내도 자성을 가지게 되며, 이를 자화 되었다고 합니다.
이제 왜 자석을 반으로 잘라도 N극과 S극만으로 분리가 되지 않는지 알 수 있겠지요?^^
