◎ 미리생각해보기

자기부상열차를 본 적 있나요? 자기부상열차는 어떻게 움직일까요? 자기부상열차의 원리에 대해 생각해보고 함께 이야기해보세요.

자석은 서로 같은 극끼리 잡아당기고 서로 다른 극끼리 밀어내는 성질을 가지고 있습니다. 자기부상열차는 자석의 이러한 성질을 이용하여 기차가 공중에 떠서 움직이도록 하는 것입니다. 열차가 공중에 뜨면 코일에서는 전류가 흘러 앞쪽에서 열차를 당기는 자기장을, 뒤에서는 열차를 미는 자기장을 계속 만들어 앞으로 움직일 수 있도록 합니다. 이 때 사용하는 자석은 우리가 흔히 사용하는 자석이 아니라 전기로 만들어낸 전자석입니다. 전자석은 지석의 N극과 S극을 전류의 방향에 따라 변하게 할 수 있기 때문에 자기부상열차를 밀고 끌어당기는 힘을 조절할 수 있습니다.

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변 지역을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

쥐돌이 코는 스티로폼볼에 검정색 사인펜 등으로 칠하여 붙여주면 더 예쁜 쥐돌이를 만들 수 있습니다.

평평한 책상 위에서 친구들과 시합을 할 수 있습니다.

도안을 잘라내고, 종이컵에 풀을 이용하여 도안을 붙입니다.	2. 실험과정 1번 종이컵에 인형눈을 붙이고 도안의 검은 부분을 이용하여 수염을 만든 후 스티로폼볼을 붙여 쥐돌이를 완성합니다.

◎ 실험방법

3. 양 옆에 자동차바퀴 축이 들어갈 수 있을 정도의 구멍을 볼펜이나 연필을 이용하여 뚫어 축을 끼웁니다.	4. 바퀴축의 양 옆에 바퀴를 끼워 줍니다.

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

5. 종이컵 위에 양면테이프로 자석을 단단히 붙이고 하드스틱 끝에도 자석을 붙입니다. (주의! 쥐돌이 가까이에 하드스틱의 자석을 가져갈때에는 서로 밀어내는 면이 마주보도록 붙입니다.)	6. 쥐돌이를 사진과 같이 세워두고 자석을 쥐돌이 가까이에 대어보며 실험합니다.

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 자석을 쥐돌이 가까이에 가져가면 어떻게 될까요?

⇒ 자석이 가까이 가면 쥐돌이가 앞으로 밀려 굴러갑니다. 단, 척력(서로 밀어내는 힘)이 작용하는 자석을 가져다 대었을 때에 밀려납니다. 인력(서로 잡아당기는 힘)이 작용하는 자석면을 가져다 대면 잡아당겨 자석이 서로 붙게 됩니다. 이 때에는 두 자석을 서로 떼어내고 서로 밀어내는 면이 닿도록 하여 실험합니다.

2. 그렇게 되는 이유는 무엇일까요?

⇒ 자석에는 같은 극(N극과N극,S극과S극)끼리 밀어내는 척력과 다른 극(N극과S극)끼리 잡아당기는 인력이 있습니다. 이 실험에서는 서로 밀어내는 성질인 척력을 사용하여 쥐돌이가 앞으로 굴러가도록 하였습니다. 하드스틱에 붙어 있는 자석을 쥐돌이 머리에 붙어있는 자석에 가까이 가져가면 자석끼리 서로 밀어내는 힘에 의해 쥐돌이 몸체가 자석의 힘으로 앞으로 밀리게 되고 그 작용 때문에 바퀴가 굴러가게 됩니다.

◎ 원리이해

1. N극과 S극

자석이 물체를 당기거나 밀치는 힘을 자기력이라 하고, 이 자기력이 미치는 공간을 자기장이라 합니다. 자기장은 전류에 의해 형성되는데, 자석을 구성하는 원자 내의 전자의 운동이 전류를 만듭니다. 결과적으로 원자 속 전자의 운동이 자기장을 만들어 같은 극끼리는 인력을, 반대 극끼리는 척력을 일으키는 자석이 되는 것입니다.

자석은 두 개의 극, 즉 N극과 S극으로 구성되어 있습니다. N극은 영어 North-seeking pole, S극은 South-seeking pole의 약자인데 두 개의 극을 갖고 있는 이 자석을 쪼개면, 쪼개진 부분 하나하나도 N극과 S극을 갖는 자석이 됩니다. 자석을 아무리 잘게 잘라도 마찬가지 결과가 나타나는데, 이를 두고 과학자들은 “자연 속에는 자기 홀극이 없다”라는 말로 표현합니다. 즉, N극만 또는 S극만 따로 갖는 그런 자석은 없다는 말입니다.

왜 이런 현상이 나타날까요? 과학자들 중에는 홀극을 갖는 자석(N극 또는 S극만 갖는 자석)을 연구하는 사람들도 있습니다. 하지만, 아직까지 홀극의 자석은 발견되지 못하고 있으며, 왜 이렇게 자연에는 자석이 N극과 S극이 쌍으로 존재하는지 설명해 줄 수 있는 사람도 없습니다. 다만 이 현상을 두고 자석에서 나오는 “자기력선은 중간에 끊어지지 않는다”라는 의미로 해석하고 있을 뿐입니다.

2. 지구는 큰 자석

지구는 하나의 거대한 자석이고, 자기의 세기는 지역과 고도에 따라 차이가 있지만 우리나라에서는 약 0.5가우스(G)입니다. 지구 자기장은 대체로 남북 방향으로 향하고 있는데 정확히 말하면 지구 자기장의 북극은 지리적인 북극에서 약 1천 8백km 떨어진 캐나다 북부 허드슨만 근처입니다. 이 자기장은 우주로부터 끊임없이 날아오는 강력한 파괴력을 갖는 에너지의 입자선인 우주선으로부터 지구상의 생명체를 보호하는 역할을 합니다. 지구 자기장이 생기는 원인은 아직 명확하게 밝혀지지 않았습니다. 지구 내부에서 전기를 띤 유체가 흐르기 때문인 것으로 추측하고 있습니다. 이 지구 자기장의 방향은 항상 일정하지 않고 조금씩 변합니다.

찍찍찍쥐돌이

학습목표

자석의 N극과 S극의 성질을 이용하여 달리는 쥐돌이를 만들어봅니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

자기부상열차를 본 적 있나요? 자기부상열차는 어떻게 움직일까요? 자기부상열차의 원리에 대해 생각해보고 함께 이야기해보세요.

◎ 미리생각해보기

자동차바퀴 2개, 바퀴축 1개, 인형눈 2개, 스티로폼볼 1개,

하드스틱 1개, 페라이트자석 2개, 종이컵 1개, 도안

(※ 직접 준비하세요 : 가위, 풀, 볼펜 또는 연필, 양면테이프)

◎ 실험준비물

1. 자석을 쥐돌이 가까이에 가져가면 어떻게 될까요?

2. 그렇게 되는 이유는 무엇일까요?

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점