(4) 생활과학작품 은상 수상작 | ‘동전을 분리해 보자!’
실험 과정은 다음과 같다. 8개 이상의 작은 자석이 부착된 30cm 자를 스탠드 위에 비스듬히 고정시켜 높은 탁자 위에 올려놓고, 아래에는 종이컵 4개를 준비한다. 기울어진 자에 500원, 100원, 50원, 10원짜리 동전을 차례로 올리면 동전은 탁자 아래에 준비된 종이컵으로 떨어지는데, 신기하게도 동전은 각각 다른 위치에 낙하한다. 자판기에 동전을 넣을 수 있는 구멍은 1개이지만 그 안에 준비된 4개의 통에 스스로 분리되는 것과 동일한 원리이다. 어떻게 이런 현상이 가능할까?
바로 자석과 동전 사이에 생기는 ‘유도전류’ 때문이다. 코일 주위에서 자석이 움직이게 되면 자기장의 변화에 의해 코일에는 전류가 흐르게 된다. 이때 흐르는 전류를 ‘유도전류’라고 하며, 이러한 현상을 ‘전자기 유도현상’이라고 한다. 이 실험에서는 코일의 역할을 하는 동전이 자석 위를 움직이고, 동전에는 유도전류가 흐르게 된다.
그런데 동전은 자석에 의한 자기장과 동전에 생긴 유도전류의 상호작용에 의해 힘을 받게 되며, 그 힘은 ‘렌츠의 법칙’에 의해 동전이 움직이는 방향과 반대 방향으로 작용한다. 그래서 낙하하는 동전에는 브레이크가 걸리게 되는데, 질량과 성분이 모두 다른 동전은 저항의 정도에 차이가 생겨 각기 다른 위치에 떨어지게 된다.
가장 가깝게 떨어지는 것은 10원짜리(구리 65%, 아연 35%)이고, 그 다음이 50원짜리(구리 70%, 아연 18%, 니켈 12%), 그리고 100원, 500원(구리 75%, 니켈 25%) 순이다. 아연이 많이 함유될수록 동전이 받는 저항이 크고, 구성 성분이 같은 100원과 500원 중에서는 질량이 큰 500원짜리 동전이 가속도가 더 크기 때문에 멀리 나가게 된다. 아연의 함유와 유도전기의 상관관계는 현재 김씨와 강씨가 계속 연구 중이다.
유도전류를 활용한 과학작품은 이미 많은 부문에서 상용화돼 있지만, 이 작품은 어려운 과학현상을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 실험의 구조를 단순화시켰다는 데 그 의미가 있다.
유도기전력은 유도전류가 만드는 자기장에 의해 전자기유도를 일으키는 원인이 된 자기력선의 변화가 지워지는 방향으로 발생하는 원리다.