전자기 기차

구리 솔레노이드, 전지(지름이 솔레노이드 구멍보다 작은 것), 원형 네오디움 자석(지름이 솔레노이드보다 작지만 전지보다는 큰 것) 2개 이상을 준비합니다.

아래 동영상에서 사용한 솔레노이드는 시계바늘이 도는 방향으로 감아진 솔레노이드입니다. 전지의 +극과 -극에 각각 자석을 붙입니다. 이때 자석의 N극이 바깥쪽을 향하도록 합니다. (*솔레노이드가 감긴 방향이 시계바늘이 도는 반대 방향이면 S극을 바깥쪽으로 붙이거나, -극을 코일 안으로 넣습니다.)

전지의 +극 쪽을 솔레노이드 안에 넣고 살짝 밉니다. 어떤 일이 일어날까요? 아래 동영상을 보세요.

왜 전지와 자석의 조합은 구리 솔레노이드 안에서 관찰한 것과 같이 이동할까요? 알아봅시다.

솔레노이드는 전선을 원통형으로 촘촘하게 말아놓은 것입니다. 솔레노이드에 전류가 흐르면 그 주위에 자기장이 생깁니다.

[참조: 코일 주위의 자기장]

솔레노이드 주위의 자기장의 방향은 오른손을 사용하여 알아낼 수 있습니다. 네 개의 손가락을 말아쥔 방향이 전류의 방향이면, 엄지손가락 방향이 자기장의 N극 방향입니다.

예를 들어, 아래 그림의 파란 화살표 방향으로 솔레노이드에 전류가 흐르면 엄지손가락이 가리키는 방향이 N극 방향인 자기장이 생깁니다.

만약 아래 그림과 같은 솔레노이드의 왼쪽에서 전지/자석을 넣으면 어떤 일이 일어날까요?. 이때 N극이 바깥쪽으로 향하도록 자석을 전지의 +극과 -극에 각각 붙입니다. 그리고 +극 쪽을 솔레노이드에 집어넣습니다.

전지/자석이 일단 솔레노이드 안으로 들어가면, 솔레노이드의 두 지점이 자석을 통해 전지의 +극과 -극에 각각 연결됩니다. 이제 전기회로가 생겼으므로 전류가 +극에서 -극 쪽으로 흐릅니다. 오른손을 사용하면 왼쪽에 N극, 오른쪽에 S극이 있는 자기장이 솔레노이드 주위에 생긴다는 것을 알 수 있습니다. 왼쪽에서는 솔레노이드의 N극과 자석의 N극이 서로 반발하므로 전지/자석을 오른쪽으로 밉니다. 반면, 오른쪽에서는 솔레노이드의 S극이 전지/자석의 N극을 끌어당깁니다. 따라서 전지/자석울 오른쪽으로 땡깁니다. 즉, 왼쪽에서 밀고 오른쪽에서 잡아당기므로,전지/자석을 오른쪽으로 이동합니다. 전지/자석이 이동하는 동안 솔레노이드를 따라 같은 일이 계속 반복됩니다.

왜 자석의 같운 극이 바깥쪽을 향하도록 전지에 붙여야 하는지 알았지요? 같은 방식으로 오른쪽 끝에서 전지/자석을 솔레노이드에 넣는다면? 아래 그림에서 볼 수 있는 것과 같이 전류가 흐르고, 따라서 왼쪽에 S극, 오른쪽에 N극이 있는 자기장이 생깁니다. 이번에는 왼쪽 방향으로 끌어당기고 밀기 때문에 전지/자석은 왼쪽으로 이동합니다.

솔레노이드 기차에대한 동영상을 더 보고 싶다면 다음 링크를 참조하세요. 다음 동영상에서 사용하는 솔레노이드는 시계 바늘 반대 방향으로 감긴 것입니다. 이 경우 자석의 N극을 바깥쪽으로 향하게 붙인다면 -극을 솔레노이드 안으로 넣습니다. 또는 자석의 S극을 바깥 방향으로 븥이고 +극을 솔레노이드 안으로 넣습니다.

[Simple Electric Train]