전자기 유도의 발견_3부.세계 최초의 전자석(솔레노이드)

외르스테드가 전류가 흐르는 도선 주변에서 나침반이 움직이는 현상을 발견한 이후로 많은 과학자들이 이 실험에 뛰어들었다. 

하지만, 아무도 왜 전류가 흐르는 도선 주변에서 나침반이 움직이는지 설명할 수 있는 사람은 없었다. 

 

그 때, 전자기학에 많이 등장하는 이름, 앙드레 마리 앙페르가 등장한다. 

앙드레마리 앙페르의 등장

 

앙페르는 뛰어난 수학 능력으로 외르스테드의 발견을 전 세계적으로 수용될 만한 이론으로 불과 몇 달만에 완성했다.

진행했던 실험들 중 하나가 평행한 두 도선 사이에 작용하는 힘이다. 

전류가 흐르는 도선이 나침반을 움직였다면, 전류가 흐르는 두 도선도 서로 힘을 주고 받지 않을까라는 생각으로 실험을 시도했고,

기쁘게도 이 예상은 맞아 떨어졌다. 

그림과 같이 두 개의 도선을 나란히 놓고, 전류를 흘려 보내주면, 두 도선은 전류의 방향에 따라 인력 또는 척력을 받게 된다. 

 

 

 

그림 (가)처럼 전류가 같은 방향으로 흐르면 서로 안쪽으로 잡아당기는 힘을 받고,

그림 (나)처럼 전류가 반대 방향으로 흐르면 서로 바깥쪽으로 밀어내는 힘을 받게 된다. 

그러면서, 전류가 모든 자성의 원인일지도 모른다는 생각을 떠올렸다고 한다. 

그러면서 자연스럽게 영구자석은 어떻게 자성을 띄게 될까라는 의문을 갖기 시작했다. 

이에 대해 '오귀스탱 프레넬' 이 뛰어난 통찰력을 발휘한 추측을 내놓는다. 프레넬은 에콜 폴리텍을 나온 후 광학을 연구했고, 프랑수아 아라고와 평생 공동으로 연구한 과학자이다. 프레넬 렌즈의 발명으로 유명하다. 그는 전류가 미세한 금속 입자 둘레를 회전하고, 이런 전류 고리가 제각각 작은 자석으로 작용하여 철의 자성을 만든다고 주장했다. 

이 아이디어를 검증하기 위해 도선을 나선형으로 감고 여기에 전류를 흘려 보내준 결과 같은 크기의 강도를 지닌 영구 자석과 똑같이 작동하는 것을 확인했다. 세계 최초의 솔레노이드, 전자석을 만든 것이다. 

현재 우리는 코일 안에 철을 넣어두면 더 강한 자석이 만들어진다는 것을 알고 있지만, 쉽게 만드는 이런 자석도 엄청난 연구의 결과인 것이다.

 

 

이렇게 만들어진 솔레노이드는 영국의 과학자 윌리엄 스터전이 1823-1824년에 말발굽 모양의 전자석으로 만들었고, 1827년 미국의 조지프 헨리가 현재 널리 알려진 전자석을 만들었다. 

사진은 스터전이 최초로 만든 말발굽 모양의 전자석이다. 

 

그러면 패러데이는 언제 등장할까?

패러데이도 1820년 한스 외르스테드의 연구 결과를 들어서 알고 있었다. 패러데이와 데이비는 본래 연구 결과를 듣게 되면, 그 실험을 그대로 재현해 보는 것부터 실험을 진행하는데, 이번에도 다양한 방법으로 외르스테드의 실험을 진행한다.

그러던 중, 갑자기 사랑에 빠지게 된 패러데이는 연구에 잠시 소홀해졌다.

1820년 겨울 에드워드의 19세 여동생 세라에 첫 눈에 반한 뒤, 결혼까지 하게 된다.