자기장이란
철가루를 자석 위 종이에 뿌리면 N극에서 나와 S극으로 들어가는 곡선 무늬가 생기는데, 이것이 자기장의 방향을 보여 주는 자기력선이에요. 자기장은 자석뿐 아니라 전류가 흐르는 도선 주위에도 생기고, 그 안에서 움직이는 전하는 진행 방향에 수직인 힘(로런츠 힘)을 받아요. 자석이 자성을 띠는 근본 이유는 전자의 스핀과 궤도 운동이 만드는 아주 작은 자기 모멘트가 한 방향으로 정렬되기 때문이에요. 자기장의 세기는 테슬라(T)로 재며, 장소에 따라 그 크기가 엄청나게 달라요.
| 대상 | 자기장 세기 |
|---|---|
| 지구 표면 | 25–65 µT |
| 냉장고 자석 | ~5 mT |
| MRI 장비 | 1.5–3 T |
| 중성자별(마그네타) | 10⁹–10¹¹ T |
전자기학의 탄생
1600년 영국의 윌리엄 길버트는 『자석에 관하여』에서 지구 자체가 거대한 자석이라고 주장했어요. 1820년 덴마크의 외르스테드는 강의 중 전류가 흐르는 도선 옆에서 나침반 바늘이 움직이는 것을 발견해 전기와 자기가 연결돼 있음을 보였어요. 1831년 패러데이는 자기장이 변하면 전류가 생긴다는 전자기 유도를 발견했고, 이는 발전기와 변압기의 원리가 됐어요. 1865년 맥스웰은 이 모두를 네 개의 방정식으로 통합하고 빛이 전자기파라는 것을 밝혔어요. 20세기에는 초전도체가 자기장을 밀어내는 마이스너 효과가 발견되어 자기 부상 기술로 이어졌어요.
지구 자기장과 생활 속 자기장
지구 자기장은 외핵의 뜨거운 액체 철이 대류하며 전류를 만드는 '지구 발전기(다이너모)'로 유지돼요. 이 자기장은 태양풍과 우주선의 하전 입자를 막아 대기와 생명을 보호하고, 극지방으로 끌려 들어온 입자는 오로라를 만들어요. 자북극은 해마다 수십 km씩 움직이고, 지질 기록을 보면 N극과 S극이 뒤바뀌는 지자기 역전이 수십만 년에 한 번꼴로 일어났어요(마지막은 약 78만 년 전). 철새와 바다거북은 지구 자기장을 감지해 길을 찾는다고 알려져 있어요. 생활에서는 전동기, 스피커, 하드디스크, 인덕션, MRI가 모두 자기장을 이용해요.
자주 묻는 질문
- 자기장은 몸에 해롭나요?
- 일상에서 접하는 가전제품·전선의 자기장은 국제 기준보다 훨씬 약해 건강 영향이 확인되지 않았어요. MRI처럼 강한 자기장에서는 금속 이식물 때문에 사전 확인이 필요해요.
- 지구 자기장이 사라지면 어떻게 되나요?
- 당장 사라지지는 않지만, 자기장이 크게 약해지면 위성과 전력망이 우주 날씨에 더 취약해지고 장기적으로는 대기가 태양풍에 깎여 나갈 수 있어요.
출처 검토일: 2026-10-26
참고문헌
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- Maxwell, J. C. (1865). A dynamical theory of the electromagnetic field. Phil. Trans. R. Soc. Lond., 155, 459–512.
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- Purcell, E. M., & Morin, D. J. (2013). Electricity and Magnetism (3rd ed.). Cambridge University Press.
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