자성 유체(페로플루이드; ferrofluid) 소리 시각화 기구

아래 사진과 같은 기구가 있습니다.

이 기구의 전원을 켠 후 옆에서 음악을 틀면  어떤 일이 일어나는지 관찰해 보세요.

기구 안의 까만 액체가 음악에 따라 움직입니다. 이 까만 액체는 무엇이며, 왜 소리에 따라 춤을 추는 걸까요?

기구 안의 까만 액체는 자성 유체(페로플루이드; ferrofluid)라고 불리는 것입니다. 자성이란 외부 자기장에 반응하여 자석과 같이 행동하는 성질을 말합니다. 예를 들어, 철로 된 물체는 자성을 띱니다. 그리고 유체란 액체나 기체처럼 흐르는 성질을 가진 물질입니다. 따라서 자성 유체란 외부 자기장에 반응하고 흐르는 성질을 갖는 물질입니다. 자성 유체가 자성을 띠는 것은 그 주위로 자석을 가져가 보면 알 수 있습니다.

자성 유체(페로플루이드; ferrofluid)는 자성을 띠는 나노 크기(약 10mm)의 입자들이 액체에 분산된 콜로이드 용액으로서, 액체로는 물이나 유기 용매가 사용됩니다 .

이 기구에는 페로플루이드가 투명한 액체와 함께 투명한 용기에 들어있습니다. 투명한 액체는 페로플루이드가 자유롭게 움직일 수 있게 해줍니다. 이 기구 안의 패로플루이드가 음악에 따라 모습이 변한 것은 음악(소리)에 따라 페로플루이드 주변의 자기장이 변했기 때문입니다. 그렇대면 어떻게 소리에 따라 변하는 자기장을 페로플루이드 주위에서 만들어 내는 걸까요?

그것은 페로플루이드 근처에 전자석을 두면 됩니다. 전자석의 자기장을 변화시키려면? 변화하는 전류가 필요합니다.(전류의 방향과 전자석의 극, 전자석의 세기에 영향을 주는 요인) 이 전류는 어떻게 생길까요?

소리는 공기를 밀었다 당겼다 하며 전달되는 에너지입니다.(소리의 발생과 전파) 이 소리는 소리 입력 장치에 의해 전기 신호로 바뀝니다. 소리 입력 장치의 대표적인 예는 마이크입니다. 그 중 한 예인 다이나믹 마이크는 자석 주위로 코일이 감겨 있고 이 코일은 진동판에 연결되어 있습니다.

도체 주위에서 자기장이 바뀌면 도체에 전류가 생깁니다. 예를 들어, 전선 코일 주위에서 자석이 움직이면 전류가 발생합니다. 자기장이 빠르게 변할수록(자석이 빠르게 움직일수록) 많은 전류가 흐릅니다. 자석이 움직이는 방향이 바뀌면 전류의 방향도 바뀝니다, 자석을 고정시키고 그 주위에서 코일을 움직여도 같은 현상이 일어납니다.

공기의 진동(소리)이 마이크의 진동판에 도달하면 진동판이 떨립니다. 그와 함께 코일이 움직이는데, 이것은 코일 주위의 자기장을 변화시킵니다. 그 결과 코일에 교루 전류가 발생합니다. 이 전류는 소리의 세기와 주파수에 따라 변하는 교류 전류입니다.

발생한 전류는 증폭되어 페로플루이드 주변에 놓인 전자석으로 흐릅니다. 소리의 세기와 진동수(소리의 높낮이)가 변하면, 그에 따라 전류의 세기와 진동수도 변합니다. 그 결과 전자석의 자기장이 변하고 그것에 반응하여 페로플루이드의 모양이 변합니다.

그렇게 소리 에너지가 전기 에너지로, 다시 자기 에너지로 바뀌면서 나는 소리에 맞춰 신나게 춤을 춥니다.