전류를 흘리면 자석이 되고,
전류를 끄면 놓아 준다
고철 처리장의 기중기가 무거운 쇳덩이를 한 번에 들어 올립니다. 그런데 옮긴 자리에 툭 떨어뜨릴 수도 있어요. 영구 자석이라면 한 번 붙은 것을 떼어 내기가 여간 어려운 일이 아닐 텐데 말이죠. 기중기 끝에 달린 것은 도선을 여러 번 감은 코일입니다. 코일에 무슨 일이 생기길래 켜면 붙고 끄면 놓아 줄 수 있을까요?
보면서 챙길 것 — ① 쇳덩이가 언제 붙고 언제 떨어지나요? ② 붙였다 놓았다 할 수 있다는 것은, 자석의 성질을 켜고 끌 수 있다는 뜻입니다. 영구 자석으로는 할 수 없는 일이에요.
✅ 이미 알고 있는 것에 표시해 보자
초등학교에서 만났던 내용입니다. 기억나는 것을 눌러 보세요.
기억나는 것에 표시해 보세요 — 오늘 배움은 초등학교 때 만난 전자석 위에 쌓입니다.
🧭 탐구 준비 — 자기장, 그리고 나침반 읽는 법
자석에 나침반을 가까이 하면 바늘이 움직입니다. 자석 주위에 자기력이 작용하기 때문이죠. 자석 주위에 철 가루를 뿌리면 철 가루가 자기력을 받아 늘어서는 것도 같은 까닭입니다. 이렇게 자기력이 작용하는 공간을 자기장이라고 해요. 자석 주변에서 자기장의 방향은 N극에서 나와 S극으로 들어가는 방향입니다. 그렇다면 눈에 보이지 않는 이 방향을 어떻게 알아낼 수 있을까요?
자석과 자석 사이, 자석과 철 사이에 작용하는 힘을 이라고 한다.
눈에 보이지 않는 자기장의 방향은 그 자리에 을 놓아 알아낸다.
나침반 바늘은 아무것도 하지 않고 두면 늘 을 가리킨다.
먼저 소리 내어 답해 보고 누르세요. 그냥 눌러 답만 보면 남지 않아요.
이번 시간이 끝나면 이걸 할 수 있다
나침반 하나로.
오른손 하나로.
스위치를 닫고, 나침반을 지켜봅시다
「탐구」입니다. 코일 주위에 나침반을 놓고 스위치를 닫으면 바늘이 어떻게 될까요? 전류의 방향을 바꾸면요? 단, 관찰하기 전에 예상부터 합니다.
🔮 먼저 예상해 봅시다
스위치를 닫았더니 나침반 바늘이 돌아가 멈췄습니다. 이제 전원 장치의 (+)극과 (−)극에 연결된 두 전선을 서로 바꾸어 연결하면(전류의 방향 반전) — 나침반 바늘은 어떻게 될까요?
- 코일 주위에 나침반을 놓고, 스위치·디지털 전류계·전원 장치를 코일에 연결한다.
- 스위치를 닫았을 때 나침반 바늘의 N극이 가리키는 방향을 관찰하여 그린다.
- 전원 장치의 (+)극과 (−)극에 연결된 두 전선을 서로 바꾸어 전류의 방향을 반대로 하고, 과정 2를 반복한다.
- 클립을 스탠드에 실로 매달아 코일에 가까이 가져간 뒤, 스위치를 닫아 클립의 움직임을 관찰한다.
- 코일에 흐르는 전류의 세기를 세게 했을 때와 약하게 했을 때 클립의 움직임을 관찰한다.
🧲 코일 실험대
스위치를 닫고 나침반의 빨간 바늘(N극)을 지켜보세요. (+)(−)를 바꾸면? 전류를 세게 하면? 촘촘히 감으면? 관찰한 상태는 📌 기록을 눌러 표에 쌓입니다. (+)(−)를 바꾼 경우까지 꼭 기록해야 아까의 예상이 판정됩니다.
📋 관찰 기록표
| 스위치 | 전원 연결 | 전류의 세기 | 감은 수 | 코일의 N극 | 자기장 세기 | 나침반 N극 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 아직 기록이 없어요 — 조건을 정한 뒤 📌 기록을 눌러 보세요 | |||||||
📈 전류의 세기 ↔ 자기장 세기
🔎 표와 그래프에서 규칙 찾아 쓰기
네 가지를 바꿔 보았습니다 — 스위치 · 전류의 방향 · 전류의 세기 · 감은 수. 이 중 코일의 N극 위치를 바꾼 것은 무엇이고, 자기장의 세기를 바꾼 것은 무엇인가요? 표를 세로로 훑어보며 한 번에 하나씩만 달라진 두 줄을 찾아 견주어 보세요.
✔ 저장됨② 세기를 정하는 손잡이 — 전류의 세기와 감은 수. 전류를 세게 할수록, 같은 길이에 더 촘촘히 감을수록 자기장 세기가 커진다. 그래프에서 두 점열이 모두 오른쪽 위로 곧게 올라가고, 촘촘히 감은 쪽(초록)의 기울기가 더 가파른 것으로 확인된다.
③ 스위치를 열면 전류가 0이 되어 자기장도 사라지고, 나침반은 남북으로 되돌아간다.
🎛️ 조작판
실제 실험에서 바꿀 수 있는 것들입니다.
전류의 세기와 감은 수를 바꾸면 자기장 세기 칸이 변해요. 방향을 정하는 손잡이와 세기를 정하는 손잡이가 서로 다릅니다 — 갈라서 보세요.
📌이 실험대의 나침반은 지구 자기장의 영향을 받지 않는 이상적인 나침반입니다. 실제 실험에서는 전류가 약하면 바늘이 지구 자기장을 따라가 덜 돌아가요. 진짜 실험을 꼭 해 보세요. 이 화면은 예습·복습용입니다.
🧭 철 속에는 이미 작은 자석들이 있다 — 자기 구역
철은 원래 자석이 아닌데 왜 자석에 붙을까요? 그리고 전자석은 왜 전류를 끊으면 자석이 아니게 될까요? 답은 철 안에 있는 자기 구역에 있습니다. 아래 작은 화살표 하나하나가 아주 작은 자석이에요.
외부 자기장이 걸리면 이 작은 자석들이 같은 방향으로 돌아섭니다. 그러면 효과가 지워지지 않고 모두 더해져서, 물체의 한쪽 끝에는 N극이, 반대쪽 끝에는 S극이 나타나요. 작은 자석들의 합 = 전체 자석 — 이것이 자석이 되는 원리입니다.
· 연철(전자석의 심) — 작은 자석들이 쉽게 돌아서고, 쉽게 흐트러집니다. 그래서 전류를 켜면 곧바로 세게 정렬되어 강한 자석이 되고, 전류를 끊으면 열운동 때문에 금방 제멋대로로 돌아가 자석이 아니게 됩니다. 껐다 켰다 할 수 있어야 하는 전자석에 딱 맞죠.
· 강철·영구자석 — 작은 자석들이 한 번 정렬되면 그 자리에 고정됩니다. 그래서 외부 자기장을 없애도 자석으로 남아요. 대신 껐다 켰다 할 수 없습니다.
「두들기기」를 눌러 보세요 — 강한 충격을 주면 영구자석도 정렬이 흐트러져 자기력이 약해집니다. 자석을 떨어뜨리면 안 되는 이유예요.
🧪 교실에서 해 보기 — 어느 모둠 전자석이 제일 셀까
변인을 하나만 바꿔 가며 겨루는 모둠 대항전실험 이름을 누르면 준비물과 방법이 펼쳐집니다.
1클립 낚시 대회
교실에서 직접
- 못에 전선을 촘촘히 감습니다. 에나멜선이면 양 끝을 사포로 문질러 피복을 벗기세요.
- 모둠마다 조건을 하나만 다르게 정합니다 — 감은 수(50 / 100 / 150회) 또는 건전지 수(1 / 2개).
- 스위치를 켜고 30초 동안 클립을 몇 개나 붙일 수 있는지 셉니다.
- 스위치를 끄면 어떻게 되는지도 꼭 확인합니다.
👀 여기를 보세요 — 감은 수가 많을수록, 건전지가 많을수록 더 많이 붙습니다. 그리고 스위치를 끄면 즉시 우수수 떨어져요.
왜 그럴까?
못(철심)이 들어가면 훨씬 세지는데, 못 속의 자기 구역들이 코일의 자기장을 따라 나란히 정렬해 자기 힘을 보태기 때문입니다.
스위치를 끄면 즉시 떨어지는 것 — 이게 전자석의 값어치입니다. 영구자석은 이걸 못 하죠.
💡변인 통제가 이 실험의 진짜 공부입니다. 감은 수만 비교하려면 전선 길이는 똑같이 하고 남는 부분을 늘어뜨려 두세요. 전선이 길어지면 저항이 달라져 전류까지 바뀌어 버립니다.
⚠️오래 켜 두면 전선과 건전지가 뜨거워집니다. 10초 켜고 쉬기를 지키세요. 전지의 두 극을 전선으로 곧바로 잇는 것(합선)은 절대 금지입니다.
🧾 정리해 볼까 — 관찰에서 두 문장을 캐내기
기록표에서 다음 두 쌍을 찾아 견주어 보세요.
이 두 문장에 이름과 규칙을 붙이는 것이 3단계입니다. 자기장의 모양, 방향을 찾는 오른손, 그리고 세기의 규칙까지.
관찰한 것을 세 개의 규칙으로 정리합시다
나침반이 돌고, 클립이 끌려왔습니다. 이 관찰을 과학의 말로 바꾸면 모양 · 방향 · 세기, 딱 세 개의 규칙이 됩니다.
규칙 ① — 전류가 흐르는 코일 주위에는 자기장이 생긴다
스위치를 닫는 순간 나침반이 움직였죠. 코일 주위에 자기장이 생겼다는 증거입니다. 그 모양은 막대자석 주위에 생기는 자기장의 모양과 비슷해요. 그래서 전류가 흐르는 코일에도 자석처럼 N극과 S극이 생깁니다.
→ 아닙니다. 실험대에서 스위치를 여는 순간 나침반이 남북으로 되돌아갔죠. 코일은 전류가 흐르는 동안만 자석의 성질을 띱니다. 그래서 켜고 끌 수 있는 자석이 되는 거예요.
→ 아닙니다. 전류가 흐르지 않는 코일 옆에서는 바늘이 꿈쩍도 하지 않습니다. 바늘(작은 자석)을 움직인 것은 코일 주위에 생긴 자기장(자기력)이에요.
규칙 ② — 방향은 오른손이 알려 준다
코일의 어느 쪽이 N극일까요? 오른손 네 손가락을 코일에 흐르는 전류의 방향으로 감아쥐면, 엄지손가락이 가리키는 방향이 자기장의 방향 — 곧 N극 쪽입니다.
전류의 방향이 반대가 되면 감아쥐는 방향도 반대 — 엄지도 반대쪽을 가리킵니다. 실험대에서 (+)(−)를 바꿨을 때 나침반이 반대로 돌았던 것과 정확히 같은 이야기예요.
🖐️ 연습 — 코일의 N극을 찾아라
화살표는 코일 앞면에서 전류가 흐르는 방향입니다. 오른손을 감아쥐고 N극을 골라 보세요.
규칙 ③ — 세기는 전류와 감은 수가 정한다
전류를 세게 하니 클립이 더 많이 끌려왔죠. 전류의 세기가 셀수록, 그리고 같은 길이에 도선을 촘촘히 많이 감을수록 코일 주위 자기장의 세기가 커집니다.
🔬 가상실험실에서 더 해 보기
오늘 세운 세 규칙을 다른 화면에서도 확인해 보세요. 직접 조작해 보면 훨씬 잘 보입니다. 새 창에서 열려요.
자석 주위와 같이 자기력이 작용하는 공간을 이라 한다. 자기장의 방향은 자석 주변에서는 에서 나와 으로 들어가는 방향이며, 자기장 속에 놓인 나침반의 이 가리키는 방향이다.
코일에 가 흐르면 코일 주위에 자기장이 생기며, 그 모양은 주위의 자기장 모양과 비슷하다.
오른손 네 손가락을 전류의 방향으로 감아쥐었을 때 이 가리키는 방향이 자기장의 방향(N극 쪽)이다.
전류의 방향이 바뀌면 자기장의 방향도 로 바뀐다.
전류의 세기가 셀수록, 도선을 감을수록 자기장의 세기가 한다.
이 성질을 이용해 자기장의 방향과 세기를 조절할 수 있게 만든 자석을 이라고 한다.
코일의 한쪽 끝이 N극이면 반대쪽 끝은 이 된다.
코일의 극을 찾을 때 쓰는 손은 왼손이 아니라 이고, 전류의 방향으로 감아쥐는 것은 이다.
전류의 가 세질수록 코일에 끌려오는 클립이 많아진다.
자기장의 세기를 정하는 것은 전류의 세기와 코일의 이다.
스위치를 열어 전류를 끊으면 코일 주위의 자기장은 .
빈칸을 그냥 눌러 답만 보면 남지 않아요. 소리 내어 답해 보고 누르세요.
코일의 자기장은 이미 우리 곁에서 일하고 있다
전류로 켜고 끌 수 있고, 방향과 세기까지 마음대로 조절되는 자석 — 그래서 전자석은 쓰임새가 많습니다. 아래 두 사례를 살펴봅시다.
🍳 불꽃 없이 요리한다 — 인덕션 레인지 과학 이야기
인덕션 레인지를 켜면 안에 있는 코일에 전류가 흐르면서 자기장이 생깁니다. 이 자기장이 조리 도구에 에너지를 전달해 조리 도구를 뜨겁게 만들어요. 직접 불을 피우지 않으니 조리 도구를 올려놓지 않으면 윗면이 뜨거워지지 않고, 가스레인지보다 화상 피해가 적습니다. 화석 연료가 탈 때 나오는 이산화탄소도 나오지 않아요.
고철을 들어 올렸다가 전류를 끊어 원하는 자리에 내려놓는 장치는 전자석 이다.
자기력으로 차체를 선로 위에 띄워 달리는 열차는 열차다.
불꽃 없이 코일의 자기장으로 조리 도구를 데우는 조리 기구는 레인지다.
전자석은 전류가 흐르는 에만 자석의 성질을 띤다 — 그래서 켜고 끌 수 있다.
기중기·전동기·스피커·MRI 장치 속에는 모두 도선을 여러 번 감은 이 들어 있다.
이름만 외우는 게 아니라, 왜 전자석이라야 하는지를 말할 수 있으면 진짜 아는 것입니다.
🤔 생각해 보기 사고력
그림과 같이 코일 (가)와 (나)가 나란히 놓여 있고, 두 코일 모두에 전류가 흐르고 있습니다. (가)에는 화살표 방향으로 전류가 흐르고, 두 코일 사이에는 서로 끌어당기는 방향으로 자기력이 작용합니다. (나)에는 어느 방향으로 전류가 흐를지 설명해 보세요.
🎲 한 문제 더 사고력
같은 개념, 다른 상황입니다. 먼저 자기 문장으로 말해 보거나 공책에 쓴 뒤, 모범 답안을 여세요.
Q1. 아파트 공동현관 문은 평소엔 단단히 잠겨 있다가, 안에서 버튼을 누르면 "철컥" 소리와 함께 열립니다. 이 잠금장치에 전자석이 쓰인다면, 버튼을 눌렀을 때 장치에서 무슨 일이 일어나는 것인지 설명해 보세요.
✍️ 모범 답안 보기
Q2. 옛날식 초인종은 버튼을 누르는 동안만 전자석이 쇠망치를 끌어당겨 종을 "땡" 치고, 손을 떼면 스프링이 망치를 제자리로 되돌립니다. 이 장치의 자석이 영구 자석이면 안 되는 까닭을 설명해 보세요.
✍️ 모범 답안 보기
"전동기를 더 빨리 회전하게 하려면 어떻게 해야 할까?" — 이 단원의 큰 질문입니다. 오늘 그 첫 번째 단서를 찾았어요.
🔑 단서 ① — 코일에 전류가 흐르면 주위에 자기장이 생긴다. 그리고 코일에 흐르는 전류의 세기가 세지면 코일 주위의 자기장의 세기가 증가한다.
전동기 속에는 코일과 자석이 들어 있다고 했죠. 코일이 자석이 될 수 있다면 — 진짜 자석 옆에서는 무슨 일이 벌어질까요? 나머지 단서는 다음 차시에서 찾습니다.
배운 것을 확인해 봅시다
점수에 들어가지 않습니다. 어디가 헷갈리는지 찾는 게 목적이에요.
준비됐나요? 5문항입니다.
수업 시간에는 필수부터 — 필수·심화는 하트가 닳지 않아요. 도전 모드는 전체 문항을 하트 3개로 달립니다.
오늘 배운 개념, 빈칸으로 확인
학습지에 적은 순서 그대로입니다. 빈칸을 눌러서 답을 확인하거나, 🎤 음성으로 답하기를 켜고 소리 내어 말하면 저절로 채워집니다.
마이크는 크롬·엣지에서만 되고 인터넷이 필요합니다. 안 되는 환경이면 빈칸 클릭만으로도 수업이 굴러갑니다.
📌말하기가 어려운 학생에게 억지로 시키지 마세요. 입력칸과 클릭이 언제나 대안입니다.
나침반을 움직인 우연, 그리고 켜고 끄는 자석의 세계
여기서부터는 교과서 밖 이야기입니다. 시험에 나오지 않아요. 외우지 말고 그냥 읽어 보세요.
🧪 더 알아보기 — 껐다 켤 수 있다는 것
고철장 크레인이 영구자석을 쓰지 않는 이유실험 이름을 누르면 준비물과 방법이 펼쳐집니다.
2고철을 들어 올리는 전자석 크레인
영상으로
👀 여기를 보세요 — 크레인이 고철 더미를 한 번에 들어 올렸다가, 옮긴 자리에서 툭 떨어뜨립니다.
📺 유튜브에서 찾기 — «고철장 전자석 크레인»왜 그럴까?
들어 올리는 건 영구자석도 할 수 있습니다. 문제는 놓는 것이에요. 한 번 붙으면 뗄 방법이 없죠.
전자석은 스위치 하나로 자석이 됐다 안 됐다 합니다. 세기도 전류로 조절할 수 있고요. 방금 클립 낚시에서 스위치를 껐을 때 우수수 떨어지던 그 장면이, 저 크레인이 하는 일 전부입니다.
전자석이 쓰이는 곳을 이 기준으로 찾아보세요 — 껐다 켜야 하는 곳에 어김없이 있습니다.
👨🔬 강의 중에 움찔한 나침반 시험 X
1820년, 덴마크의 과학자 외르스테드는 강의 도중 전선에 전류를 흘렸다가
옆에 놓여 있던 나침반 바늘이 움찔 움직이는 것을 보았습니다.
그때까지 전기와 자기는 서로 남남인 줄 알았어요.
전류가 자기장을 만든다는 사실이 처음 드러난 순간이었고,
이 소식이 퍼지면서 코일과 전자석 연구가 폭발적으로 이어졌습니다.
오늘 여러분이 실험대에서 본 바로 그 장면이 과학사를 바꾼 장면이에요.
🌍 지구도 거대한 자석 시험 X
나침반 바늘이 가만히 두면 늘 남북을 가리키는 이유 —
지구 자체가 커다란 자석이라 지구 주위에도 자기장이 있기 때문입니다.
그래서 코일 실험에서 전류가 약하면 바늘이 코일의 자기장 대신
지구 자기장을 따라가 버려요. 실험에서 충분히 센 전류를 쓰라고 했던 건
코일의 자기장이 지구 자기장을 이기게 하기 위해서였습니다.
🏗️ 켜고 끄는 자석의 쓸모 시험 X
폐차장의 전자석 기중기를 다시 떠올려 보세요. 영구 자석이었다면
들어 올린 고철을 내려놓을 방법이 없습니다.
전자석은 스위치 하나로 자석이 되었다가 보통 쇳덩이가 되죠.
병원의 MRI 장치 속에도 사람이 들어갈 만큼 거대한 코일이 있고,
스피커·이어폰·전동기 속에도 작은 코일이 숨어 있습니다.
코일 속은 다음 차시에서 계속 들여다봅니다.
🎬 다시, 처음 그 질문 시험 X
"전류를 흘리면 자석이 되고, 전류를 끄면 놓아 준다 — 어떻게?"
이제 답할 수 있습니다 — 코일에 전류가 흐르면 코일 주위에 자기장이 생겨
코일이 전자석이 되고, 그 자기력으로 쇳덩이를 끌어당깁니다.
스위치를 내리면? 전류가 끊겨 자기장이 사라지고, 쇳덩이는 툭 떨어집니다.
전류가 흐르는 동안만 자석 — 오늘 배운 규칙 그대로예요.
📜 오늘의 세 규칙, 한 번 더
① 코일에 전류가 흐르면 주위에 자기장이 생긴다 — 모양은 막대자석과 비슷.
② 방향은 오른손이 알려 준다 — 네 손가락은 전류, 엄지는 N극.
전류가 반대면 극도 반대.
③ 세기는 전류의 세기와 감은 수가 정한다.
다음 시간에는 이 코일을 진짜 자석 옆에 놓습니다. 무슨 일이 벌어질까요?