사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠.

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이런 모터, 본 적 있으신가요!?

먼저 다음 영상을 확인해 보세요. 일단 보시면 깜짝 놀라실 겁니다! 왠지 모르겠지만, 알루미늄 호일이 건전지 위에서 뱅글뱅글 돌고 있거든요.

언뜻 보기에는 그저 평범한 알루미늄 호일과 건전지, 압정만으로 만들어진 것 같은데, 호일이 건전지 위에서 멈추지 않고 계속 회전합니다. 이걸 처음 본 순간 “왜 움직이는 거지!?”라며 눈을 의심하거나, 도대체 무슨 일이 벌어지는 건지 어리둥절하신 분들이 많을 텐데요.

사실 이 신기한 장치는 전기 에너지를 운동 에너지로 바꾸는 모터의 일종입니다. 게다가 역사상 최초로 발명된 모터인 패러데이 모터를 현대적인 감각으로 재해석한 것이죠. 이번에는 이 단순하면서도 놀라움이 가득한 모터의 제작법과 그 뒤에 숨겨진 과학적 원리를 차근차근 파헤쳐 보겠습니다.

필요한 재료는 전부 다이소 같은 100엔 숍(한국의 천원숍)에서 구할 수 있는 것들뿐입니다. 어려운 지식은 전혀 필요 없어요. 이 글을 다 읽고 나면 마치 마술의 트릭을 깨달은 것처럼 신기한 현상의 정체를 알게 될 거예요. 자, 함께 과학의 문을 열어볼까요?

과학 레시피

준비물

알루미늄 호일, 건전지, 압정, 페라이트 자석 5개

놀랍게도 모든 재료를 주변 문구점이나 생활용품점에서 쉽게 구할 수 있습니다!

만드는 법

① 토대 만들기

페라이트 자석을 5개 이상 겹친 뒤, 알루미늄 호일로 깔끔하게 감싸줍니다.

② 회전체 만들기

알루미늄 호일을 폭 5cm 정도의 띠 모양으로 자른 뒤, 세로로 반을 접습니다. 그러면 폭 2.5cm 정도의 띠가 생기는데, 이를 다시 중앙에서 반으로 접어줍니다.

그리고 이 띠를 밤송이나 귀여운 슬라임 모양처럼 다듬어 줍니다.

③ 본체 조립하기

①에서 만든 토대 위에 건전지를 세우고, 그 위에 압정을 올려둡니다.

④ 슬라임 모양 호일을 살짝 얹기

만들어둔 호일을 압정 위에 올립니다. 이때 호일의 양 끝자락이 자석을 감싼 호일에 살짝 닿을 수 있도록 길이를 조절하는 것이 핵심입니다. 영상을 자세히 관찰해 보세요!

바로 이 부분이 포인트입니다.

드디어 완성! 손을 떼면 알루미늄 호일이 빙글빙글 돌기 시작합니다.

왜 돌까? 패러데이 모터의 과학

이 모터가 회전하는 비밀은 전기와 자기의 관계에 있습니다. 기억하시나요? 전류가 흐르는 도선이 자기장 안에 있으면 ‘전자기력’이라는 힘을 받게 됩니다. 패러데이 모터는 바로 이 전자기력을 이용해 회전을 만들어내는 것이죠.

원리를 파헤치는 3가지 요소

1. 전류: 건전지의 (+)극에서 알루미늄 호일을 타고 자석 쪽으로 전류가 흐릅니다.
2. 자기장: 건전지 바닥에 붙인 자석이 강력한 자기장(자기력이 작용하는 공간)을 형성합니다.
3. 힘(전자기력): 이 전류와 자기장의 상호작용으로 인해 알루미늄 호일에 ‘회전하는 힘’이 가해집니다.

이 회전하는 힘의 방향은 ‘플레밍의 왼손 법칙’으로 설명할 수 있습니다. 왼손의 중지를 전류 방향으로, 검지를 자기장 방향으로 향하게 하면 엄지손가락이 가리키는 방향이 바로 힘의 방향이 됩니다. 건전지에서 전류가 흐르고 자석의 자기장이 존재하기 때문에, 알루미늄 호일은 계속해서 회전 방향으로 힘을 받아 뱅글뱅글 도는 것입니다.

패러데이가 발명한 이 모터는 현대의 고성능 모터들의 조상님이라 할 수 있습니다. 우리 주변의 청소기, 선풍기, 전기차까지 모든 모터 제품들이 이 단순한 원리의 응용으로 움직이고 있답니다.

특별한 도구 없이도 전기와 자기의 힘이 만들어내는 역동적인 움직임을 체감할 수 있는 실험! 꼭 집에서 시도해 보시고 “아하!” 하는 짜릿한 발견의 즐거움을 느껴보세요.

조금 다른 형태의 패러데이 모터도 만들 수 있습니다. 여기 하나 더 소개할게요.

이것은 철사를 구부려 만든 것인데, 알루미늄 호일보다 더 안정적으로 계속 회전할 수 있다는 장점이 있습니다.

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