전자기 유도의 발견_6부.움직이는 검류계

[ 맴돌이 전류라고 불리게 될 현상을 발견한 프랑스의 프랑수아 아라고 ]

1825년 아라고가 구리 조각 옆의 나침반이 움직이는 현상을 발견했지만, 왜 그런지를 설명할 수 있는 사람은 없었다. 

그리고 과학자들은 그보다 다른 문제에 더 많은 관심을 갖고 있었다. 

 

1831년에 이르자 전기로부터 자기를 만들어 내는 방법은 누구나 아는 지식이 되었고, 누구나 만들 수 있게 되었다. 

- 전류가 흐르는 도선을 조심스럽게 매달면 남과 북으로 정렬된다는 것

- 보통의 쇳조각을 잠시동안 코일 안에 넣어두면 영구 자석이 된다는 것

과 같은 실험을 누구나 할 수 있고, 확인가능해 진 것이다. 

그러면서 자연스럽게 그 반대 현상을 만들기 위해 노력하기 시작한다. 

전기로부터 자기를 만드니, 자기로부터 전기를 만들 수 있지 않을까?

모두 가능하리라 생각하고 수많은 과학자들이 도전했지만 모두 실패하게 된다. 

자석과 회로로 구성된 패러데이의 다양한 시도도 이보다 좋았다고 할 수 없었고, 성공하지 못했다.

하지만, 코일이 감긴 작은 철 원통을 항상 지니고 다녔다. 

얼마나 고심했는지 엿볼 수 있는 대목이다. 

 

[ 패러데이에게 영감을 준 클라드니 모형 ]

과학의 발전이 우연히 일어나는 경우가 종종 있듯이, 패러데이도 영감을 다른 분야에서 찾게 된다. 

악기를 만들어 파는 가업을 잇고 있는 찰스 휘트스톤이 클라드니의 연구를 패러데이에 소개해 준다. 

찰스 휘트스톤은 '휘트스톤 브릿지'라는 회로 이름으로 잘 알려져 있지만, 

그 외에도 마이크라는 이름을 처음 사용하고, 아코디언과 입체 망원경(3차원사진)을 발명하기도 했다. 

패러데이와는 매우 친하게 지냈던 것으로 보이고, 후에 페러데이는 쿡과 휘트스톤을 연결시켜 주기도 한다. 

클라드니의 연구를 소개받은 패러데이는 평소와 마찬가지로 여러 가지 실험 조건에서 직접 클라드니 도형 만들기 실험을 한다. 

이 노력에 대한 보상으로 클라드니보다 더욱 생생하게 음향 유도를 입증할 수 있었다. 

음향 진동과 파동에서 오는 영감에 몰입한 패러데이는 음파나 광파처럼 전기와 자기도 파동을 통해 전파될지도 모른다는 생각을 하게 된다. 

 

[ 변압기가 될 세계 최초의 전자기 유도 실험 ]

1831년 8월 29일, 파동처럼 전달이 되는지를 확인하기 위해 철심 고리 실험을 준비한다.

6인치의 연철에 1차 코일과 2차 코일을 각각 여러 번 감고, 절연을 위해 헝겊을 사이에 끼워 넣었다.

1차 코일에는 전지를, 2차 코일에는 검류계(외르스테드가 최초로 사용한, 정교한 자석 바늘)를 연결한다.

2차 코일에 연결된 검류계의 자석 바늘은 남북을 가르키는 동시에 전선과 평행하도록 설치한다.

1차 코일에 전류를 흘려 보냈을 때 2차 코일에 연결된 검류계가 움직이는지를 확인하는 실험이다. 

패러데이는 1차 코일의 스위치를 닫아 전류를 흘려 보냄과 동시에 검류계의 바늘을 쳐다 보았다. 

바늘이 움직였을 때 그의 심장은 뛰었지만, 바늘은 잠시 움찔한 후 다시 제자리로 돌아왔다.

더 이상한 것은 스위치를 열어 전류를 끊는 순간 바늘이 또 다시 잠시 움찔한 후 제자지로 돌아 오는 것이었다.

다만 첫 번째 움직임과는 반대 방향으로 바늘이 움직였다. 

바늘의 첫 번째 움직임은 2차 회로의 전류가 1차 회로의 전류와 반대 방향이라는 것을 보여주지만,

두 번째 움직임은 1차 전류와 같은 방향임을 보여 주고 있었다.

첫 번째 움직임을 예상하고 진행했기에 큰 놀라움은 없었지만,(지속적이지 않다는 것 빼고는)

두 번째 움직임은 난해한 수수께끼였다. 게다가 두 번째 움직임은 1차 코일과 2차 코일의 방향이 같음을 확인시켜 주고 있었다. 

 

[ 전자기 유도를 발견했지만, 정확한 설명은 불가능]

실험 이후 패러데이는 리처드 필립스에게 다음과 같은 편지를 썼다.

'나는 지금 전자기학 연구로 눈코 뜰 새 없이 바쁘네. 

큰 놈이 하나 걸려든 것 같은데 아직 잘 모르겠어.

내가 전력을 다해 싸운 다음에야 사실 물고기가 아니라 수초였다는 사실을 알게 될 수도 있지'

라고...

 

어찌됐건,

패러데이는 세계 최초로 전자기 유도를 발생시켰다.

그 다음 과제는 전류로 만든 자석이 아닌 영구 자석으로도 가능한지를 알아 보는 것이다.

그렇다.

세계 최초의 발전은 영구 자석이 아닌 코일로 만든 것이다. 

현재 물리학에서 '상호유도'라고 불리는 것이다.