실험으로 함께하는  발명놀이

                                                         강성기 지음 / 도서출판 바른사

 
제 3 장   자석을 이용한 발명놀이 

 


▶  자기 부상 열차

  자기 부상 열차란 -270℃ 정도의 아주 낮은 온도에서 일어나는 초전도 현상을 이용해 강력한 전자석을 만들고, 그 전자석의 반발력으로 차체를 10cm정도 공중에 뜨게 하여 선형유도 모터(리니어 모터)라는 새로운 원리의 모터로 열차를 움직이는 것을 말합니다.

  자기 부상 열차는 공중에 떠 마찰 없이 달리기 때문에 진동없이 부드럽게 빠른 속력을 낼 수 있는 것이랍니다.

  이러한 방식으로 공중에 떠올라 움직이는 열차는 아니지만 자석의 반발력을 이용한 자기 부상 열차를 구상해 봅시다.

필요한 것은

연필, 고리 자석, 아크릴 판 2장, 아크릴 접착제, 막대 자석 20개 정도

어떻게 할까요

[고리 자석 띄우기]

1. 연필에 고리 자석을 끼운다.

2. 고리 자석의 서로 마주 보는 극의 방향을 같게 하여 연필에 끼워 보자.

 

[모형 자기 부상 열차]

1. 그림과 같이 아크릴 판으로 레일을 만든다.

2. 아크릴 레일 안에 자석을 같은 극끼리 일렬로 고정시킨다.

3. 아크릴 판으로 열차의 모형을 만들어 열차 안에 자석을 고정시킨다. 이때 열차에 고정되어 있는 자석과 아크릴 레일 밑에 고정되어 있는 자석의 극을 서로 같게 해야만 서로 밀어내는 반발력에 의해 띄울 수 있다.

생각해 볼까요?

사실 우리가 만든 열차는 자기 부상 열차라고 하기보다는 자석을 이용하여 띄우는데 지나지 않는 모형열차에 불과합니다.

그러나 실제 자기 부상 열차의 가장 핵심적인 과제는 열차를 띄우는 것입니다. 그러나 실제 자기 부상 열차를 막대 자석과 같은 것으로는 띄울 수 없고, 전기저항이 거의 없는 초전도체를 이용한 전자석을 이용해야만 엄청난 무게의 열차와 승객을 띄워 움직이게 할 수가 있답니다.

그렇지만, 엄청난 무게의 열차라고 하더라도 일단 띄우기만 한다면 마찰력이 전혀 없는 상태이기 때문에 작은 동력으로도 움직일 수 있게 할 수 있답니다.

우리가 구상한 모형 자기 부상 열차에 고무 동력 프로펠러 등의 장치를 한다면 스스로 움직일 수 있는 열차가 될 수 있을 것입니다.

초전도 현상:도선에 전류를 흘려보내면 도선에서 전기 저항을 받기 때문에 많은 전류를 흘려 보낼 수 없습니다. 그러나 -273℃ 정도의 아주 낮은 온도에서는 전기 저항이 없게 되는 물질이 있는데, 이러한 물체를 '초전도체'라고 합니다.

초전도체는 전기 저항이 없기 때문에 한꺼번에 수많은 전류를 흘려보낼 수 있으며 이러한 상태를 '초전도 현상'이라 합니다.

이러한 초전도 상태에서는 수많은 전류를 흘려보내 강력한 전자석을 만들 수 있으며, 초강력 자석의 반발력을 이용하여 무거운 열차를 띄울 수 있는 것이랍니다.