가장 존경하고 사랑하는 사람 패러데이 패러데이 효과

내가 이 세상에서 최고로 존경하고 사랑하는 사람은
Michael Faraday -미카엘 패러데이님이다.
왜 빨간 글씨로 내가 사랑하는 사람의 이름을 썼느냐 하면 그는 이 세상 사람이 아니기 때문이다. 더구나 그는 1791~1867년 전의 사람이다. 그 옛날 그 시절, 사람들의 평균 수명이 고작 50,60세 정도였다고 했을 때 일흔여섯 살까지 장수하신 분이다.

만약 내가 그분이 살아계셨을 적인 1800년대 초반에 태어났더라면 그분을 만날 수 있었을까?

상상해 보니 어쩌면 그럴 수도 있겠다 싶다.
(믿거나 말거나 '나의 전생이 유럽에서 태어나서 한 시대를 살았다'라고 하니.....)

 

내 머릿속에 기억하고 있는 그분은 어떤 사람? 패러데이는 영국에서 태어난 물리학자, 화학자로 이름이 후세에 남아 있다.
대장장이의 아들로 태어났으며 패러데이가 태어난 직후 아버지가 병으로 죽자 가난 때문에 학교교육을 거의 받지 못했고, 겨우 읽고 쓰는 것과 산수만을 배웠다.

그는 신문배달도 했고, 제본소에서 수습생으로 일하면서 자신의 손을 거쳐 제본하는 책을 읽어 유익한 지식을 얻었다.

 

당시 유명한 과학자 험프리 데이비가 일한 왕립 연구소의 실험실 조수가 되었다. 1813년 3월부터 이 연구소에서 일한 페르데이는 12년 뒤에 험프리 데이비의 뒤를 이어 실험실장이 되고 40년 동안 눈부신 과학의 업적을 쌓았다.

전기모터의 발명, 자기를 전기로 바꿔준 발전기의 아버지로서 찬란한 전기 문명의 세계를 열어 놓았다.
패러데이는 온갖 명예와 영광을 사양하였고 돈을 벌려는 생각도 없었다. 그저 실험하고 연구하는 것에서 참다운 인생의 보람을 찾은 보기 드문 과학의 위대한 천재였다.

 

우리나라는 왜 이공계가 기피되는가? 무엇 때문에? 

온갖 영예와 영광을 사양하고 돈 벌려는 집착을 가지지 않고, 그저 실험하고 연구만 하면 세상사람들에게 미쳤다고 손가락 받기 전에 가족으로부터 먼저 그런 대접을 받을까?

 

남들 다 기피한다는 이공계대학에 쌍둥이 아들이 입학했을 때, 나 역시 세상 사람들과 조금도 다름이 없었다. 머릿속엔 페르데이를 존경하고 사랑한다고 고등학교 때부터 머릿속에 집어넣고서도....

 

아들들이 대학을 졸업하고, 석박사 진학하고부터 일주일 내내 아침부터 밤늦게까지 실험실에 들어앉아 젊은 청춘을 불사르는 것을 지켜보며 다시 내 마음을 추슬렀다. 말없는 조언자이자 후원자가 되고자 했다.

 

그리고 한 번씩 힘들어하는 아들들에게 말한다.

"세상에 쓸모 있는 연구를 너희들은 반드시 해낼 것이다. 다만 너희들 건강은 너희들이 알아서 챙겨라. 엄마로서 도와줄 일 있으면 힘닿는 한 도와줄게."

 

내 젊은 날의 이상이었던 패러데이.

패러데이에 대해 더 자세히 알아보기

패러데이 ( 1791.9.22 ~ 1867.8.25 )
영국의 화학자·물리학자.
국적 : 영국
활동분야 : 화학, 물리학
출생지 : 영국 런던 근교의 뉴잉턴 버츠

런던 근교의 뉴잉턴 버츠 출생. 12세 때부터 서점 겸 제본업자 밑에서 일하며 틈틈이 읽은 책에서 과학에 흥미를 가지게 되었고, 일반 강연을 들으면서 화학실험을 시도하였다. 19세 때 H. 데이비의 강연을 듣고, 그의 도움으로 1813년 왕립연구소의 실험조수가 되었다.

여기서 데이비의 실험을 보조하면서 화학 연구를 시작, 염화질소 연구로부터 여러 가지 특수강(特殊鋼) 연구(1819∼1824), 염소의 액화 연구(1823), 벤젠 발견(1825) 등 실험화학상 뛰어난 연구를 하였고, 1824년 왕립학회 회원, 다음 해 왕립연구소 소원(所員), 연구소 주임이 되었다.

물리학 특히 전자기학(電磁氣學)에 흥미를 가져 H.C. 외르스테드가 발견한 전류의 자기 작용(磁氣作用)을 조사, 연쇄적 회전(전자기회전)을 만들어내는 데 성공하였다(1821). 그 역현상인 자기의 작용에 의해 전류를 만들어내는 연구에 착수하여, 회로(回路)의 개폐에 의하여 제2의 회로에 발생하는 전류, 전자석, 이어 자석에 의한 똑같은 전류를 검토하여 전자기유도를 발견하였다(1831). 이것으로 맴돌이전류와 지구자기(地球磁氣)에 대한 응용에서도 성공하였으며, 자체유도(自體誘導)를 발견·해석하였다.

패러데이의 전자기학 연구는 다방면에 걸쳐 있으며 통일적이었다. 전기화학의 기초를 만든 전기분해법칙 발견(1833)과 방전현상 연구가 있는데, 이런 성과들에서 여러 가지 전기의 동일성을 간파, 보편성을 가진 통일 개념으로서의 전기를 제창하였다. 또한 그때까지의 원격작용론(遠隔作用論)을 버리고 전자기적인 힘의 근원을 공간적인 상태로 되돌리려는 근접작용론을 제창하여(1827), 맥스웰의 전자기이론의 길을 열고, 빛의 전자기파론의 선구적 고찰도 하였다.

이 밖에 진공방전에 관한 ‘패러데이암흑부’(1838), 자기장(磁氣場)에 의한 편광면(偏光面)의 회전(패러데이효과), 반자성(反磁性) 발견 등 중요한 공헌이 많았다. 일반 강연도 훌륭하여 크리스마스 강연집인 <양초의 과학>은 오늘날에도 읽힌다.

* 전자기유도 電磁氣誘導
회로를 관통하는 자기력선이 변화하면, 그 회로에 전류를 흐르게 하려는 기전력이 생기는 현상.

전자기감응(電磁氣感應)이라고도 한다. 전자기유도에 의해 회로 내에 생기는 기전력을 유도기전력, 그것이 원인이 되어 회로에 흐르는 전류를 유도전류라 한다. 1831년 M. 패러데이가 발견한 현상으로 전자기학의 이론적 기초가 되는 중요한 현상이며, 공업적으로도 발전기나 변압기 등을 비롯하여 많은 전기기계의 기술적 원리가 된다.

회로를 관통하는 자기력선을 변화시켜 유도기전력을 얻기 위해서는 회로와 자석을 상대적으로 운동시키는 일, 즉 회로 가까이에 영구자석 또는 전류가 흐르고 있는 다른 회로(전류와 같은 효과를 가진다)를 움직이든지, 또는 양쪽 회로를 고정시킨 채 한쪽 회로에 흐르는 전류를 변화시키면 된다. 발전기는 앞의 방법, 변압기는 뒤의 방법으로 유도기전력을 얻는 예이다. 또, 전류회로 그 자체의 전류가 변화할 때에도 전류의 변화에 따라 그 회로 자체를 관통하는 자기력선의 수가 변하므로, 유도기전력이 나타난다. 이와 같은 회로 자체의 전류 변화에 따르는 전자기유도를 자체유도(自體誘導)라 하며, 이에 대하여 다른 전류회로나 자석에 의한 자기력선의 변화에 따라 생기는 전자기유도를 상호유도라 한다. 또, 변화하는 자기장 내의 물체가 회로의 형태를 갖추지 못한 도체인 경우에도 전자기유도가 생긴다. 이 경우의 유도전류는 자기력선에 수직인 도체의 면을 따라 소용돌이형으로 흐르는 데서, 특히 맴돌이전류[渦電流]라 한다. 예를 들면, 변압기나 전동기의 철심에는 맴돌이전류가 흐르기 쉽고 그 결과 도체 내에 줄열이 발생하여 전자기(電磁氣) 에너지의 일부가 열에너지로 되어 소실된다. 따라서 전기기계의 철심에는 서로 절연된 얇은 판을 자기력선에 대하여 평행하게 포갠 것이 사용되며 맴돌이전류에 의한 전력손실을 막고 있다. 이것을 성층철심(成層鐵心)이라 한다.

전자기유도에 따라 생기는 기전력의 방향과 크기에 대해서는 다음과 같은 법칙이 있다.

① 렌츠의 법칙:유도기전력은 유도전류가 만드는 자기장에 의해 전자기유도를 일으키는 원인이 된 자기력선의 변화가 지워지는 방향으로 발생한다. 또 그것이 회로와 회로, 또는 자석과 회로의 상대운동에 의해 생긴 것이라면 유도전류에 따라 생기는 전기적 힘은 그 운동을 저지하는 방향으로 작용한다.

② 패러데이의 법칙:유도기전력의 크기는 단위시간에 자기력선이 변화하는 비율에 비례한다. 어떤 회로에 대하여 자석을 가까이하면 회로를 관통하는 자기력선이 증가하므로 그것에 따라 회로 내에 유기되는 유도전류는 자기력선의 증가를 막으려는 방향으로 흐른다. 자체유도의 경우에는, 원인이 되는 전류의 변화를 방해하는 방향으로 유도기전력이 나타난다. 또, 고정된 자석의 자극 사이에 코일을 회전시켜서 유도전류를 얻을 경우에는 유도전류에 의한 자기장의 작용에 의해 코일의 회전이 방해된다. 따라서 코일의 회전을 계속시켜 유도전류를 얻으려면, 외부에서 역학적인 일을 계속 줄 필요가 있다.

예를 들면, 발전기에는 보통 수력 또는 증기력에 의해 역학적 에너지가 공급된다. 변화하는 자기장 내에서 전자기유도라는 현상이 발생하는 것은 공간의 어떤 점에서의 자기장이 변화하면, 그 점에 전기장이 유기되고, 그곳에 도체회로가 있다면 그 도체 내의 전하가 전기장의 작용을 받아 움직이기 시작하는 현상이라고 생각된다. 따라서 변화하는 자기장 내에 존재하는 것이 회로가 아니고, 하전입자인 경우에도 전기장에 의한 힘이 작용하여 입자는 운동을 시작한다. 베타트론은 이 원리에 의해 만들어진 가속장치(加速裝置)로서, 급격히 변화하는 자기장에 의해 전자를 가속하여 높은 에너지를 부여하는 장치이다.

* 패러데이효과란?
자기장 내의 투명물질이 광회전성을 나타내는 현상.

물질(유전체)에 자기장을 걸고, 이것에 평면편광된 빛을 자기장 방향으로 입사시키면, 물질을 통과하여 나오는 빛의 편광 평면은 통과한 거리에 비례하여 회전되어 나오는데, 주어진 거리에서 그 각은 자기장의 크기에 비례한다. 이 현상을 패러데이효과라 한다. 즉, 회전된 각도를 θ라 하고 자기장의 세기를 B라 하면 θ=VB의 관계가 있다. 이때 비례상수 V는 베르데상수라 한다. 이 현상은 그 물질이 좌와 우로 원편광된 빛의 각각에 대하여 굴절률이 다르기 때문에 일어난다.