진도

이 과정에 대하여

1600년 영국의 의사 윌리엄 길버트는 자신이 한 자석 실험을 담은 『De Magnete』를 펴냈습니다. 그는 천연 자석을 공 모양으로 깎아 그 표면 위로 작은 나침반 바늘을 옮겨 가며 살폈고, 지구 자체가 커다란 자석처럼 행동한다고 주장했습니다. 이전의 저자들도 지구와 나침반 사이에 어떤 관련이 있으리라 짐작했지만, 그것을 분명하게 말한 첫 책이 길버트의 책입니다. 이 생각은 지금도 나침반이 작동하는 까닭을 설명합니다. 지리상 북극 근처의 자기극은 자석으로 따지면 S극이어서, 나침반의 N극이 그쪽을 가리킵니다.

다섯 단원은 자석과 극에서 시작합니다. 막대자석을 반으로 잘라도 각각 N극과 S극이 있는 자석 두 개가 됩니다. 이어서 자기장과 자기력선을 배우는데, 지표면의 지구 자기장은 약 25~65 마이크로테슬라이고 병원 MRI 솔레노이드 안의 자기장은 수만 배 더 셉니다. 지구 자기장 단원은 길버트의 생각을 잇습니다. 전자석 단원에서는 10 cm에 200번 감은 코일에 2 A를 흘리면 안쪽에 약 5 mT가 생겨 지구의 약 100배입니다. 마지막 단원은 모터와 발전기입니다. 5 cm 도선에 20 A를 흘려 1.5 T 자기장 속에 두면 1.5 N의 힘을 받고, 이 원리를 고리로 만들면 모터가 됩니다. 에너지 실험실에서는 나침반으로 살펴볼 수 있는 자기력선과 기울어진 자석으로 그린 지구를 볼 수 있습니다. 10 cm 코일의 감은 수와 전류를 바꿀 수 있고, 전류를 거꾸로 하면 극이 바뀝니다.

시작하기 전에

자극, 자기력선, 지구 자기장을 다루는 앞의 세 단원은 따로 준비할 것이 없습니다. 전자석, 전동기, 발전기는 전류를 바탕으로 하므로 전기를 먼저 공부하면 뒷부분을 훨씬 쉽게 따라갈 수 있습니다.

마치고 나면

두 자극이 끌어당길지 밀어낼지 예측하고, 자기력선을 그려 서로 교차하지 않는 이유를 설명하며, 나침반의 N극이 자석으로 치면 S극인 곳을 가리키는 까닭을 말할 수 있습니다. 코일 속 자기장의 세기를 어림하고, 자기장 속 전류가 흐르는 도선이 받는 힘과 그 힘으로 전동기가 도는 원리도 설명할 수 있습니다.

관련 과정

운동
위치, 속력, 속도, 가속도를 차례로 배우고 떨어지는 물체와 날아가는 물체로 넘어갑니다. 운동 실험실에서는 지구, 달, 화성에서 공을 쏘고 날아간 시간과 높이, 사거리를 바로 계산해 보여 줍니다.
힘
밀기와 당기기, 마찰, 중력, 그리고 뉴턴이 힘과 운동을 잇는 데 쓴 세 법칙을 배웁니다. 운동 실험실에서 지구, 달, 화성의 진자를 흔들어 공식과 실제 주기를 비교합니다.
에너지
일, 운동 에너지, 위치 에너지, 에너지 보존, 일률을 계산과 함께 배웁니다. 에너지 실험실에서는 에너지 막대와 마찰 슬라이더가 달린 롤러코스터를 달려 보고, 짐을 밀거나 들어 올리며 일과 일률을 확인합니다.
파동과 소리
파동이 무엇인지에서 시작해 파장과 진동수와 속력의 관계, 소리가 전해지는 방식, 파동이 서로 더해지는 모습, 줄과 관이 정해진 음을 내는 까닭, 전자기파 스펙트럼까지 다룹니다. 파동 실험실은 수업에 나오는 식 그대로 줄과 용수철, 관 속의 소리, 물결통, 정상파를 그려 보여 줍니다.

이 과정의 출처 (16)

OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 22.1 Magnets (all magnets have N and S poles, north-seeking and south-seeking, like poles repel and unlike attract, poles cannot be separated, the magnetic pole near the geographic North Pole is a south magnetic pole, sunspots come in N/S pairs)
22.2 Ferromagnets and electromagnets (iron, cobalt, nickel, gadolinium; neodymium alloys; domains grow to millimetre size; Curie temperature of iron 1043 K (770 °C); Oersted saw a compass needle deflected by a current; electromagnets in scrapyard cranes, particle accelerators and MRI; electric current is the source of all magnetism; no monopoles observed)
22.3 Magnetic fields and field lines (direction = where a compass north end points; four rules: tangent, density = strength, never cross, closed loops from N to S outside)
22.7 Magnetic force on a current-carrying conductor (F = I l B sin θ, 1 T = 1 N/(A·m), example 20.0 A, 5.00 cm, 1.50 T gives 1.50 N; motors)
22.9 Magnetic fields produced by currents (Oersted 1820, right hand rule 2, B = μ0 I ÷ (2π r), μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, Earth's field about 5.0 × 10⁻⁵ T, 25 A at 5.0 cm gives twice that; loop centre B = N μ0 I ÷ 2R; solenoid B = μ0 n I, 2000 loops over 2.00 m with 1600 A gives 2.01 T, MRI; ferromagnetic cores)
23.1 Induced emf and magnetic flux (Faraday's iron-ring apparatus, emf only while the field changes, magnet pushed into a coil, faster motion gives more emf, generators, Φ = B A cos θ)
NIST CODATA 2022 vacuum magnetic permeability μ0 = 1.25663706127(20) × 10⁻⁶ N/A² (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0)
NOAA NCEI Geomagnetism Frequently Asked Questions (ncei.noaa.gov/products/geomagnetism-frequently-asked-questions): field like a dipole at Earth's centre, over 90% from the outer core, intensity roughly 25,000 to 65,000 nT (0.25 to 0.65 gauss)
1 gauss = 100,000 nT, declination = angle between magnetic north and true north (east positive)
inclination, dip poles, dipole axis 9.41° from the rotation axis (WMM2020, 2020.0)
north magnetic pole moving about 55 km per year north-northwest (2001 and 2007 surveys)
last reversal about 750,000 to 780,000 years ago, reversals spaced 5 thousand to 50 million years, a reversal would take several thousand years, models renewed every five years, blackout zones where H < 2000 nT, compass balance weights differ by hemisphere, true bearing = magnetic bearing + declination
NOAA NCEI news "World Magnetic Model 2025 Released" (17 December 2024)
NOAA NCEI "December 2025 State of the Geomagnetic Field" (north dip pole 36 km/yr and south dip pole 9 km/yr since 1 January 2025)
USGS, "Pre-gilbertian conceptions of terrestrial magnetism" (pubs.usgs.gov/publication/70009843): Gilbert's De Magnete (1600) first suggested that Earth behaves as a great magnet. Royal Institution, Michael Faraday's ring-coil apparatus (rigb.org): made August 1831, success on 29 August 1831, the first electric transformer
APS News "This Month in Physics History" (Aug 2001): Faraday's electromagnetic rotation experiments of September 1821, the principle behind the electric motor.

확인한 날: 2026-10-17