자기장 3차원으로 보기
 
 

준비물

  • 설탕
  • 물
  • 투명한 유리 또는 플라스틱 병 ( 병의 지름이 4~5cm인 것이 제일 좋음: 예를 들어, 미에로화이버 병)
 

실험과 관찰

    1. 물 125ml 정도(병이 꽉 찰 정도)에 설탕을 25찻술 정도 넣고 물 중탕하여 설탕을 녹입니다.

    2. 설탕물을 완전히 식힌 후 유리병에 조금 여유가 있도록 붙습니다.

    3. 설탕물에 철가루를 1찻술 정도 넣습니다.

    4. 뚜껑을 닫고 세차게 흔든 후 다음과 같은 방향에서 자석을 병에 대고 철가루가 배열하는 모습을 관찰합니다.
    (각 실험 사이사이에 병을 세차게 흔든 후 자석을 병에 댑니다.)

 
 
 
 

왜 그럴까요?
 

    면자석 주변에 생기는 자기장을 철가루를 사용하여 2차원 평면에서 보면 아래와 같이 보입니다.

 

▲ 하나의 자석 주변의 자기장 모양

 

▲ 인력이 작용하는 두 자석 사이의
자기장 모양

▲ 반발력이 작용하는 두 자석 사이의
자기장 모양

 

    위의 자기장은 두 개의 자석을 책상 위에 놓고 책상 평면에서의 자기장의 모습을 본 것입니다.(아래 그림에서 xy평면) 이때 아래 위 방향으로 생기는 자기장은 볼 수 없지요.

 
 

    아래 위 방향(위의 그림에서 z축 방향)으로 생기는 자기장의 모습을 볼 수 있는 방법 중 하나는 이번 실험에서처럼 병을 사용하는 것입니다. 그런데 아래 위 방향으로는 지구 중력이 작용하고 있어서 다른 힘이 없다면 아래로 철가루들이 주르르 떨어지겠지요. 그러면 자석으로 철가루들을 끌어 주기도 전에 다 떨어져버리겠지요. 그래서 설탕 시럽과 같은 끈적끈적한 물질로 아래로 떨어지는 것을 천천히 일어나게 한 후 자석을 빨리 대어봐야겠지요. 3차원의 아래 위를 포함하는 평면 (위의 그림에서 xz평면 )에서 본 자기장의 모습이 책상 평면(위의 그림에서 xy 평면 )에서 본 모습과 어떻게 비교가 되나요?

 

 

    자기장이 아래 위 방향으로 생겼다는 차이가 있을 뿐 책상평면 위에서 2차원으로 본 자기장과 같은 모습이지요.

 

 

 

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