전자기 현상의 적용

인류가 전자기적 현상을 알아차린 것은 아주 오래 전 일이고, 인류의 역사적 기록보다 훨씬 오래 전 일입니다. 예를 들어 하늘에서 천둥이 치고 방전되는 현상은 당시 사람들이 어떻게 설명해야 할지 몰랐을 뿐입니다.
빗으로 옷을 문지르면 작은 종이조각을 띄울 수 있습니다. 이것은 가장 간단한 전기 현상입니다. 이것은 과학기술과는 무관하게 인간이 지각을 가지고 이미 알아챈 전기의 현상입니다.

지금 이 현상을 어떻게 설명할 수 있을까요? 이 중간에는 두 가지 전하가 존재합니다. 즉 양전하와 음전하입니다. 양전하와 음전하는 서로 끌어당깁니다. 양전하 또는 양음전하는 서로 밀어냅니다. 어떻게 전기의 작용력이 거부감과 흡인력이 있다는 것을 증명합니까? 막대기를 닦은 천이나 어떤 것을 가지고 가면, 천에 닦인 막대기가 저쪽에 있으면 천에 끌리거나, 같은 절차로 두 개를 가져옵니다. 된 막대기는 서로 밀어내거나 천 두 개를 함께 가져가도 서로 밀어내게 됩니다. 이렇게 간단한 실험에서 우리는 전하가 끌어당기고 배척하는 힘이 있다는 것을 알고 있습니다. 거부력과 흡인력을 알고 두 전하로 관념화하여 양전하와 음전하로 명명합니다. 같은 종류의 전하는 서로 배척할 수 있습니다. 다른 종류의 전하는 서로 끌어당깁니다.

인쇄 기술

잉크젯 프린터
잉크젯 인화기의 노즐에서 나오는 잉크는 당연히 전하를 띠지 않습니다. 만약 어떤 장치를 거친 후에 전하를 띠게 됩니다. 그 후 두 개의 판이 있어서 판의 양부전기를 제어할 수 있습니다. 만약 잉크 방울이 정을 띠게 된다면전기는 판 위에서 양전기로부터 밀려 음전기로 끌어당깁니다. 판의 전기 음전을 제어하여 잉크 방울의 편향을 제어할 수 있습니다. 그러면 인쇄할 물건에 잉크를 뿌려 놓을 수 있습니다. 

 

레이저 프린터
레이저 프린터 안에는 드럼 모양의 물건이 있습니다. 뇌사광을 위에 칠 때 전하를 띱니다. 따라서 뇌사광을 당신이 영인하려는 그 도형(문자)에 비추면 빛을 다 비춰줍니다. 나중에 그림형(문자)에 전기를 띤 후 다시 가루를 뿌리고 롤러로 굴러간 후 흡착된 곳에만 가루가 있습니다.  즉 그림이 있고 다른 곳에는 없습니다. 물건, 가루가 떨어지는데 영사기 역시 이 원리를 적용합니다.

신경세포
신경세포의 경우 칼륨이온은 세포 안에 많이 있습니다. 나트륨이온은 세포 밖에 많이 있으면 어떤 것이든 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 퍼집니다. 따라서 나트륨 이온은 세포 안으로 퍼지려고 합니다. 칼륨 이온세포 밖으로 퍼지려 하지만 신경세포막은 양쪽에 전위를 만들어 놓았고 생명현상의 근간은 이들 전위차 위에 있습니다. 이 때문에 칼륨 이온은 밖으로 퍼지려고 합니다. 배척, 나트륨 이온이 안으로 퍼지려 해도 양전하에 의해 배척됩니다. 이는 신경세포가 정상 상태인 경우입니다.

자극이 있을 때 나트륨 이온이 안으로 뛰어들어가고 칼륨 이온이 밖으로 달려나가게 됩니다. 음전위(막의 안쪽)를 잴 때 처음에는 음전위였다가 다시 양전위로 돌아갑니다. 음전위, 이것은 하나의 자극이 지나갔음을 의미합니다. 신경의 신호는 바로 모든 부위의 신호를 거쳐 전달되므로 신경세포막에서 이러한 전위 변화를 측정하면신경전달이라고 하는 신경신호가 왔다는 것을 나타냅니다.

자기적 현상
자석 외부의 자기장은 N극에서 나와 S극으로 들어갑니다. 자석 내부는 S극에서 N극으로 달려갑니다. 어떻게 알 수 있습니까? 파인먼 씨는 근대과학은 하나의 실험과학이므로 어떤 과학이든 반드시 실험이 있어야 한다고 말했습니다. 따라서 자장의 경로 방향을 증명하는 작은 실험을 할 수 있습니다. 자석 주위에 쇳가루를 뿌리고 살짝 떨면 줄무늬를 발견할 수 있습니다. 자석을 볼 수 있습니다. 외부 자기장의 행동 방향을 결정합니다. 또한, 코일을 둥글게 말아서 하나의 나형 코일이 되어 전류를 흘려보내도 전기가 흐르는 코일에 자기장의 무늬가 있고, 내부와 외부의 자기장의 방향도 발견할 수 있습니다.

지구 자체가 하나의 큰 자석입니다. 바늘이 북쪽을 가리키는 방향을 N극으로 정의합니다. 정의에 따르면(N극과 S극은 서로 끌어당긴다), 지구라는 큰 자석은 북극에서 S극입니다. 지구 자기장은 대략0.5 가우스 정도입니다.
사실 지구의 자기장은 남북극이 일정하지 않을 때가 많습니다. 100여 년 동안 지자기 남북극이 바뀔 정도로 많이 변했습니다. 매우 큰 변화입니다.

어떻게 한 곳에 자기장이 존재한다는 것을 알 수 있을까요? 계측기로 측정할 수 있습니다. 어떻게 자기장을 탐지합니까?만약 한 입자가 전하를 띠고 자기장에서 운동할 때(움직이지 않으면 자기장이 입자에게 주는 힘을 느끼지 못합니다)운동방향에 수직으로 힘을 받게 되는데 이것이 자기장의 특성입니다. 입자로부터 힘의 크기와 방향을 받아 자기장의 크기와 방향을 알 수 있습니다.
기본적으로 전기를 띤 입자는 전기(동성상척; 이성상흡)를 받아 자기장에서 자력을 받게 됩니다.

 

어떻게 자기장을 발생합니까? 

가장 간단한 방법: 긴 직선의 도체에 전류를 흘려 넣으면 자기장을 발생시킬 수 있습니다. 자기장이 원을 돌면 원형코일의 경우 발생하는 자기장은 위쪽(아래쪽)이 됩니다. 실생활에서 비교적 큰 자기장을 발생시켜야 합니다. 한 솔레노이드로 여러 바퀴 감으면 비교적 강한 자기장이 발생합니다.

자기장은 어떤 작용을 합니까?

전통적인 TV의 영상관의 경우 스크린에 전자를 쳤을 때 빛을 내는 경우가 많은데, 보이는 영상은 전자를 원하는 곳에 쳤을 때 전자를 쳤을 때리는 것입니다. 어떻게 전자를 제어해서 거기에 전화를 걸까요? 일대 전하가 자기장에서 움직이면 자력에 의해 편향됩니다. 코일에 의해 발생하는 자기장을 이용하여 전자의 방향에 영향을 주어 전자의 스크린 내 위치를 제어하여 스크린을 발생시킵니다.

현재, 코일이 전류량 계측기를 연결합니다. 코일의 중심부에서 자석을 가지고 이동하면 전류량 계측기에 전류가 흐르는 것을 발견할 수 있습니다. 자기장의 변화가 있습니다. 전자를 밀어내는 힘이 생기는데, 이 실험은 전자기 현상을 한데 융합합니다.

두 개의 자석 사이에 네모난 코일을 놓고 회전하면 전류가 발생하여 자석 끝점의 전등을 밝게 하는 것이 발전기의 기본 관념입니다. 어떤 발전(수력·화력·원자력)도 모두 양보하기 위한 것입니다. 코일이 회전하여 전기가 발생합니다.
자기장은 공간에서 변하면 전기장이 발생하는데 맥스웰은 전기장이 공간에서도 변하면 자기장이 발생한다는 사실을 발견했습니다. 전기장이 발생하는 방식은 두 가지입니다. 하나는 전하가 공간 속에서 운동하여 전기장을 발생시키는 것이고, 다른 하나는 자기입니다. 장소가 공간 속에서 바뀌면 전기장이 발생합니다. 자기장에도 두 가지 발생방식이 있습니다. 전류가 도체를 통해 자기장을 발생시킬 수 있습니다. 전하가 공간에 생성하는 전기장이 변화하여도 발생합니다. 20세기 초에야 인류는 전기현상과 자기현상이 분리될 수 없다는 것을 알았습니다. 이 관념을 세운 것은 아인슈타인, 줄여서 전자기현상이라고 합니다.

전자기파
전자기파는 바로 전기장과 자기장을 가지고 공간을 행진하는 현상입니다. 다시 말해, 하나의 물건이 공간을 달리면서 전하에 영향을 미치는 전자기기와 자기장을 가지고 다니는 것이 전자파입니다. 전자파가 공간 속에서 진동하는 현상이 있습니다. 어떤 곳의 자기장은 좀 크고 다른 곳의 자기장은 좀 작습니다. 혹은 같은 점을 말합니다. 어떤 때는 자기장이 크고 어떤 때는 자기장이 작습니다. 진동은 모두 하나의 주파수를 가지고 있습니다. 전자파가 가지고 있는 자기장의 크기, 초당 진동의 횟수(주파수)는 이 세상에 여러 가지 기묘한 현상을 발생시킵니다.

전자파의 주파수 범위는 매우 넓어 아주 작은 것부터 아주 큰 것까지 가능합니다. 예를 들어 라디오의 신호는 주파수가 비교적 낮은 전자파에 속합니다. 멀리 라디오 방송국을 들을 수 있습니다. (뉴스, 음악 등)이 신호들은 전자파에 의해 전달되며, 방송 전파는 초당 약 100만 회 진동합니다. 주파수가 더 높으면 마이크로파입니다. 전자레인지도 전자파의 특질을 이용합니다. 음식물을 가열할 수 있도록 합니다. 주파수가 더 높은 전자파는 적외선입니다. 적외선 전자파의 주파수는 인체에 잘 흡수되기 때문에 햇볕을 쬐면 열을 느낄 수 있습니다. 주파수가 좀 더 높은 전자기파, 아주 작은 것은 가시광선, 즉 눈에 보이는 전자기파입니다. 태양에서 나오는 각종 전자파의 강도가 가장 강한 것은 가시광선의 범위에 가깝습니다.

가시광선보다 빈도가 높은 것은 자외선인데, 햇볕에 그을 수 있는 것도 자외선 때문입니다. 유리는 많은 자외선을 차단합니다. 더 높은 것은 X선입니다. 피부를 뚫을 수는 있지만 뼈를 뚫을 수는 없습니다. 머리, 따라서 엑스레이를 찍으면 의료 진단이 됩니다.

 

우주의 기본 역할

물리적인 우주관 속에는 오직 네 가지 작용력이 있습니다.

 

중력
강도가 가장 약한 힘은 중력입니다.

 

전자기력
강도가 두 번째로 강한 것은 전자기력입니다. 중력에 비해 10의 36차방입니다. 이 비교는 원자핵에서 양성자 간의 작용력으로 말합니다.

 

상호작용력을 높입니다.
가장 강도가 센 힘은 원자핵 안의 강한 작용력(강한 상호작용이라고 한다)입니다. 원자핵에는 많은 중성자와 양성자가 있습니다. 양성자는 양전기를 띠고 중성자는 전기를 띠지 않습니다. 원자핵은 매우 작아, 양성자가 양전기를 띠면 서로 배척합니다. 그렇다면 이론상 원자핵은 존재하지 않아야 합니다. 많은 양성자들이 서로 배척하고 있기 때문에 그 좁은 공간에서 원자핵은 폭발해야 합니다. 그러나 사실 하나의 힘이 존재하고 있습니다. 이 힘은 양성자보다 거부력이 더 큰데 양성자를 한데 모으는데, 이 힘을 강한 작용력이라고 합니다. 양성자를 끌어모으는 강한 작용력은 양성자보다 거부력이 100배 더 큽니다.

 

상호작용력이 약합니다.
강도의 꼴찌에서 두 번째로 약한 힘은 원자핵 안의 약작용력(약상호작용이라고 한다)이고, 강도는 중력의 10의 15 내지 2차입니다.
약한 상호작용력과 강한 상호작용력의 범위는 기본적으로 원자핵의 범위 안에서만 작용합니다. 원자핵보다 거리가 좀 더 넓어지면 작용력을 잃습니다. 생활 속의 척도는 모두 매우 크며, 원자보다 훨씬 더 큽니다. 핵이 엄청나게 커서 이 두 힘은 일상생활에 전혀 영향을 미치지 않습니다.