과학 이야기

하루 3분 과학 · 18화 · 초등 3~4학년 · 4분

자석을 반으로 잘라도 N극과 S극은 왜 안 갈라질까

자석을 반으로 자르면 N극과 S극이 서로 떨어져 나갈 거라고 생각하기 쉬워요. 한 조각은 N극만 남고, 다른 조각은 S극만 남을 것 같은 상상이죠. 마치 자석 두 동강을 내면 극도 딱 반으로 나뉠 것처럼 여겨지니까요.

배터리 두 쪽을 자르면 플러스와 마이너스가 나뉜다고 착각하는 것과 비슷해요. 자석도 이렇게 극이 나뉠 거라고 흔히들 짐작해요.

실제로 잘라 보면 전혀 다른 일이 벌어져요. 잘린 두 조각 모두 다시 완전한 자석이 돼요. 한쪽 극만 남는 조각은 하나도 생기지 않아요. 각 조각에는 N극과 S극이 새로 함께 나타나요. 그 조각을 또 반으로 자르면 어떻게 될까요.

이번에도 네 조각 모두 저마다 완전한 자석이 돼요. 자석은 아무리 잘라도 늘 짝을 갖춘 채로 남아요. 과학자들이 실제로 자석을 여러 번 나눠 확인한 결과도 같았다고 해요.

이유는 자석 속을 들여다보면 알 수 있어요. 자석 안에는 아주 작은 자석들이 빽빽하게 들어차 있어요. 이 작은 자석 알갱이들을 자구라고 부른다고 해요. 자구 하나하나는 눈으로는 볼 수 없을 만큼 작다고 해요.

굵기가 머리카락보다도 훨씬 가늘다고 알려져 있어요. 자구들이 모두 같은 방향을 보고 줄지어 있어요. 그래서 자석 전체가 힘을 내는 거예요. 특수한 현미경을 쓰면 이 자구들을 실제로 관찰할 수 있다고 해요.

화살표들이 한 줄로 길게 늘어선 모습을 그려 보면 이해가 쉬워요. 화살표 머리 쪽은 N극, 꼬리 쪽은 S극에 해당해요. 이 줄 한가운데를 자르면 줄이 두 개로 늘어나요. 각 줄에는 머리와 꼬리가 다시 하나씩 생겨요.

그래서 자른 조각마다 N극과 S극이 새로 나타나는 거예요. 자석 가루를 아무리 곱게 빻아도 원리는 똑같다고 알려져 있어요. 가루 한 알 한 알도 여전히 작은 자석이에요.

이 정렬은 아주 작은 알갱이 크기까지 그대로 유지된다고 해요. 이론상으로는 자구 하나 크기까지 쪼개도 마찬가지라고 알려져 있어요. 그런데 자석을 세게 두드리거나 아주 뜨겁게 달구면 얘기가 완전히 달라져요.

가지런하던 자구들이 제각각 흐트러지면서 자석 힘을 잃어버려요. 못을 자석에 붙였다가 떼면 못도 잠깐 자석처럼 돼요. 하지만 못 속 정렬은 약해서 금세 힘을 잃어요. 반면 진짜 자석은 정렬이 튼튼해서 오래 유지돼요.

나침반 바늘도 사실 작은 자석 하나예요. 바늘 속 자구들도 남북을 향해 가지런히 줄지어 있어요. 자구를 계속 쪼개고 또 쪼개면 어디까지 자석으로 남을 수 있을까요. 이 질문의 답은 아직 완전히 밝혀지지 않았어요.

※ 이 글은 위 자료를 바탕으로 생성형 AI가 초안을 쓰고 사람이 확인해 다듬었습니다. 삽화도 AI로 만들었습니다.