신기한 자석 제가 준비한 주제는 ‘자기장은 떨어져 있는 물체에도 작용함을 실험을 통해 검증하고 그 결과를 과학적 근거를 가지고 설명하라 ’입니다. 2006200875 박주희

발상 & 실험계기 칠판에 붙어 있던 자석 옆의 쇠붙이에 자석을 갖다 대니 자석에 붙지 않고 칠판에 붙어 자석을 따라 움직임 왜 그럴까? 궁금증 유발! 이 주제는 고등학교에 다니던 동생이 학교에서 발견한 현상을 계기로 삼아 발전시키게 되었습니다. 동생이 주번이었을 때, 학교 칠판에 붙어있던 자석을 구석으로 몰아놓으려고 했는데, 이때 자석 옆에 있던 쇠붙이가 자석을 갖다 대니 자석에 붙지 않고 칠판에 붙어 자석을 따라 움직이는 것을 발견하였습니다. 이 현상을 신기하게 여긴 동생이 저한테 물어보았고, 저 역시 궁금증이 생기게 되어 이것을 주제로 선정하게 되었습니다.

자석 ( Magnet ) 철을 끌어당기는 돌 자성(磁性)을 지닌 물체 - 자성(磁性) : 쇠붙이 같은 금속을 끌어 당기는 성질 자화 : 물체가 자성을 지니는 현상 자기장 안의 물체가 자화되는 양상에 따라 강자성체, 상자성체, 반자성체, 페리자성체 등으로 구분된다. 간단하게 자석에 대해 설명하겠습니다. 자석이란, 철을 끌어당기는 돌입니다. 즉, 자성을 지닌 물체라고 할 수 있는데요, 자성이란 쇠붙이 같은 금속을 끌어당기는 성질을 말합니다. 다음으로 자화라는 개념은 물체가 자성을 지니는 현상입니다. 모든 물체는 자기장 안에 두면 크건 작건 자화되는데, 자화되는 양상에 따라 강자성체, 상자성체, 반자성체, 페리자성체 등으로 구분됩니다. 이 중에서 상자성체와 반자성체는 자화되는 정도가 약하고 자기장을 제거하면 자성이 없어지지만, 강자성체는 자화되는 정도가 강하고, 또 자기장을 제거해도 자성이 남아 있는 경우가 많습니다.

자기력 (Magnetic force) 자극(磁極) 사이에 작용하는 힘. 자석과 같이 자성을 가진 물체가 서로 밀거나 당기는 힘, 자력(磁力)이라고도 한다. 자기장 (Magnetic field) : 자석 주위의 공간과 같이 자석을 놓았을 때 자석의 힘이 미치는 공간 ▪ 방향 : N극이 가리키는 방향   이번 실험에서 중요한 개념인 자기장에 대해 설명하겠습니다. 자기장이란 자극 사이에 작용하는 힘으로서 자석과 같이 자성을 가진 물체가 서로 밀거나 당기는 힘을 말하며 자력이라고도 합니다. 자기장이란 자석 주위의 공간과 같이 자석을 놓았을 때 자석의 힘이 미치는 공간을 말합니다. 자기장의 방향은 자기장 내에 있는 나침반의 N극이 가리키는 방향입니다.

자석에서 자성이 가장 센 부분인 N극과 S극 쪽으로 철 가루가 모임 자석에 의한 자기장 이 사진은 자석에 의한 자기장을 시각적으로 확인해 보기 위해 자석과 철 가루를 준비해서 자석을 중심으로 철 가루가 퍼져있는 모습을 보인 것입니다. 사진에서 보면 자석에서 자성이 가장 센 부분인 N극과 S극 쪽으로 철 가루가 더 많이 모인 것을 확인할 수 있습니다. 자기장을 시각적으로 나타낸 것 자석에서 자성이 가장 센 부분인 N극과 S극 쪽으로 철 가루가 모임

실험 준비물 준비물 - 자석 - 철판 - 쇠붙이 - 나침반 이번 실험에 쓰인 준비물입니다. 자석 2개, 철판, 쇠붙이, 나침반을 준비했습니다. 자석은 센 자석과 보다 약한 자석 이렇게 2개를 준비했는데, 자석의 세기에 따른 자기력을 확인해 보고자 준비했고, 철판은 쇠붙이가 붙는 곳으로서 지면과 수평이 되도록 설치했습니다. 쇠붙이는 자석이 그다지 세지 않은 것이었기 때문에 균형을 맞추고자 아주 작은 핸드폰 고리의 일부를 준비하였고, 나침반은 사진에 보면 작게 보이는 은색 자석의 N극과 S극을 확인해 보고자 준비한 것입니다. 사진에는 넣지 않았으나, 나침반에 자석을 갖다 대었을 때, 빨간 바늘이 끌려오는 쪽이 S극이고, 파란 바늘이 끌려오는 쪽이 N극임을 알 수 있었습니다.

실험 개요 떨어져 있는 곳에도 자석의 자기력이 작용하는지 확인 쇠붙이와 자석 사이의 거리에 따라 쇠붙이에 작용하는 힘이 어떻게 달라지는지 확인 이번 실험은 떨어져 있는 물체에도 자석의 자기력이 작용하는 지를 눈으로 확인해 보는 것으로서, 쇠붙이와 자석 사이의 거리에 따라 쇠붙이에 작용하는 힘이 어떻게 달라지는지 확인해 보는 것입니다.

Procedure 1. 자석이 없는 상태 - 철판 위에 쇠붙이를 갖다 놓음 - 작용하는 힘 : 중력 첫 번째는 자석이 없는 상태에서 쇠붙이를 가져다 놓는 것입니다. 영상 클릭 보시는 대로 쇠붙이에는 중력만 작용하므로 이로 인해 그냥 떨어지게 됩니다.

Procedure 2. 자석과 어느 정도 떨어져 있을 때 - 쇠붙이가 철판 위에 붙어 떨어지지 않음 - 작용하는 힘 : 중력, 자기력 - 중력 ≒ 자기력 두 번째는 쇠붙이와 자석이 어느 정도 떨어져 있을 때의 모습입니다. 영상 클릭 보시는 대로 쇠붙이가 철판 위에 붙어있는 모습입니다. 앞에서와는 다르게 일정 거리를 유지하니 바로 떨어지지 않습니다. 이 때에는 중력과 자기력이 어느 정도 균형을 이루고 있기 때문에 떨어지지 않는 것입니다.

Procedure 3. 자석을 가까이 놓았을 때 - 작용하는 힘 : 중력, 자기력 - 중력 < 자기력 다음은 자석을 앞에서보다 더 가까이 가져갔을 때의 모습입니다. 쇠붙이에 작용하는 자기력의 크기가 중력보다 더 크기 때문에 힘의 균형이 깨져서 쇠붙이가 자석으로 끌려가는 모습입니다.

실험 결과 해석 왜 쇠붙이는 떨어지지도 않고, 자석에 붙지도 않을까? - 쇠붙이에 작용하 는 힘 그렇다면 두 번째 실험에서 왜 쇠붙이는 떨어지지도 않고 자석에 붙지도 않을까요? 실험결과를 해석해 보겠습니다. 우선 벽과 쇠붙이 사이에 작용하는 마찰력과 공기저항력은 무시하였고, 물체가 받는 자기장은 똑같다는 가정하에 실험 결과를 해석했습니다. 첫 번째로 볼 것은 쇠붙이에 작용하는 힘입니다. 질량 m을 가지고 있는 쇠붙이는 중력의 영향으로 아래 방향으로 떨어지는 mg 만큼의 힘이 작용하고 있으며, 자석의 영향으로 인해 끌려가는 힘 역시 작용하고 있습니다. 두 힘의 벡터를 직사각형으로 보고 여기에 대각선을 그려주면 쇠붙이에 작용하는 힘의 벡터 합이 됩니다.

실험 결과 해석 자석이 어느 정도 떨어져 있을 때 좀 더 자세히 알아보겠습니다. 자석이 어느 정도 떨어져 있을 때의 모습입니다. 자석이 점점 다가오면 아무렇지도 않았던 쇠붙이가 순간적으로 N극과 S극으로 자화 되면서 자성을 띠게 됩니다. 더구나 쇠붙이와 붙어있던 철판 역시 순간적으로 자성을 띠게 되어 쇠붙이와 철판 사이에 서로 잡아당기는 힘, 즉 인력이 생기게 됩니다. 즉, 이 경우는 쇠붙이와 철판의 인력과 자석이 쇠붙이를 잡아당기는 힘, 그리고 중력이 서로 균형을 이루기 때문에 쇠붙이가 떨어지지 않고 철판에 붙어있는 것입니다.

실험 결과 해석 자석이 매우 가까울 때 그러다가, 자석이 점점 다가와서 매우 가까워질 때는 철판과 쇠붙이 사이의 인력보다 원래 자석이 쇠붙이를 끄는 힘이 더 커져서 앞에서 말한 힘의 균형이 깨지게 됩니다.

실험 결과 해석 그러다가 결국에는 보시는 바와 같이 자석이 쇠붙이를 끌어당겨 철판에서 쇠붙이가 떨어지는 것입니다.

실험 결과 해석 자석이 매우 가까울 때 앞에서 설명한 것을 사진을 찍어본 것입니다. 자석이 점점 가까워 질 수록 중력보다 자석에 의한 힘이 더 크게 작용하므로 쇠붙이가 점점 자석 쪽으로 끌려오다가 결국에는 자석에 붙게 되는 모습입니다. 자석이 점점 가까워 질 수록 중력보다 자석에 의한 힘이 더 크게 작용하므로 쇠붙이가 점점 자석 쪽으로 끌려오다가 결국에는 자석에 붙게 됨.

응용 분야 신용카드 자기테이프 하드디스크 기차표 이번에는 자화현상으로 인해 자성체로 되는 물질을 응용한 예를 설명하겠습니다. 자성체를 응용한 것에는 신용카드, 자기테이프, 기차표, 하드디스크 등이 있습니다. 이 중에 자기테이프란 녹음이나 녹화를 비롯하여 컴퓨터의 외부기억장치로서 많은 양의 정보를 기록하기 위한 테이프로 크게 도포형과 증착형으로 나뉩니다. 도포형은 플라스틱 테이프에 자성체를 얇게 바른 것이고, 증착형은 금속의 자성체를 증착시킨 것인데, 일반적으론 도포형이 많이 쓰입니다. 도포형은 자성체와 접착체를 섞어서 테이프 표면에 얇게 바르는데, 자성체가 발라진 후에 가수의 목소리를 저장한다고 하면, 그 가수의 목소리를 0과 1로 이루어진 디지털 신호로 변환하고 자기 테이프를 회전시키면서 신호에 따라 N극 혹은 S극으로 자화시켜 저장하게 되는 원리입니다. 예전에 많이 쓰던 플로피 디스크도 이것의 한 예인데요~ 요즘에는 잘 쓰지 않습니다. 하드디스크 기차표

결론 자석의 자기력으로 인해 쇠붙이가 자화된다. ⇒ 순간적으로 쇠붙이에 자성이 생기고 이로 인해 철판에 붙어있게 된다. 자기력은 떨어진 물체에도 작용하며 평상시에도 간단한 방법으로 자석이 미치는 힘을 확인할 수 있다. 이번 실험의 결론입니다. 자석은 떨어져 있는 물체에도 그 힘이 작용하며, 자석의 자기력으로 인해 쇠붙이가 자화 됩니다. 즉, 순간적으로 쇠붙이에 자성이 생기고 이로 인해 철판에 붙어있게 되는 것 입니다. 또한 자석이 미치는 힘은 평상시에도 간단한 방법으로 확인할 수 있으며, 자화로 인한 예는 실생활에서 쉽게 볼 수 있습니다.

Thank you so much : D 이상 제 발표를 마치겠습니다. 감사합니다.