우리들에게 풍요로움 안겨줘
미래 어떻게 바꿀지 흥미진진

1820년 덴마크의 물리학자 외르스테드는 우연히 전류가 흐르는 전선 주변에 자기장이 형성된다는 것을 발견했다. 이 발견으로 전자석이 탄생했으며, 전류에 의해 생성된 자기장의 변화를 이용해 영화관이나 콘서트홀 또는 TV 등에서 쓰이는 스피커가 만들어져 한 번에 많은 대중에게 연설과 음악 공연 등이 가능하게 됐다.

최정훈 한양대 교수·화학

또한 계속적으로 1831년 영국의 물리학자 마이클 패러디와 미국의 물리학자 조지프 헨리는 원형도선에 자석을 움직여 이 자기장에 의해 도선에 전류가 생성되는 것을 발견했으며, 이로 인해 전기를 생산하는 발전기가 만들어지고 이때부터 인류는 전기가 지배하는 문화권으로 들어가게 됐다.

나아가 마주 보고 있는 두 원형 도선에서 한 원형 도선에 전류를 흘리면 또 다른 원형 도선에 전류가 유도되는 즉 상호유도전류 현상이 발견되면서 변압기가 만들어짐에 따라 교류전원을 장거리로 송전할 수 있게 됐다. 그리하여 각 가정에 전기를 공급할 수 있게 돼 삶의 패턴에 극적인 변화가 일어나게 됐다.

대부분의 가정에서 흔히 밥을 지을 때 쓰는 IH(Induction Heating) 압력밥솥이라는 것도 전자기에 의한 상호유도전류 현상을 이용하는 것으로 전기밥솥 안에 내장된 코일에 전류가 흐르면 전기 저항이 있는 금속 밥솥에 유도된 전류로 밥솥이 가열되면서 맛있는 밥을 손쉽게 만들게 된 것이다.

또한 버스 탈 때 쓰는 버스카드, 전기칫솔이나 전기면도기를 충전할 때 쓰는 무접점 충전기, 공항 등에서 사용하는 금속탐지기, 병원에서 신체의 이상 유무를 검사하는 자기공명영상(MRI) 등과 공업적으로 사용하는 고주파가열장치, 금속의 비파괴분석 등 전자기 유도 현상은 여러 분야에 핵심적으로 응용되고 있다.

최근에는 미래의 첨단 과학기술의 하나로 전기를 무선으로 전송하는 기술무선전력송신이라든가 도로 위에서 전력을 공급받아 운행하는 온라인 자동차 등에도 이 원리를 적용해 실용화를 위한 연구가 한창 진행 중에 있다. 특히 유도전류가 생길 때 생성되는 자기장의 방향이 가해진 자기장에 정반대로 생성되는 현상을 이용해 반발식 자기부상열차가 탄생했다.

뿐만 아니라 많은 전류를 저장했다가 한꺼번에 방출했을 때 그 자기장 간의 반발력은 엄청난데 이것을 코일건과 레일건 등으로 일컫는 미래의 화염 없는 강력한 첨단무기인 전자포 등을 제작하는 데 응용하려고 많은 연구가 진행되고 있으며, 실제 수년 내에 실전 배치될 것으로 알려졌다. 이렇게 전자기 현상의 용도는 수많은 분야에 매우 깊숙이 파고들고 있다.

만일 이 전자기 현상이 발견되지 않았거나, 물리학 세계에 아예 존재하지 않는다면 지금의 세상은 어떤 모습일까? 우선 전기를 만들 수 없으니까 밤에는 먼 옛날과 같이 호롱불을 켜고 지냈을 것이고, 우리 주변에 있는 수많은 전기·전자 제품은 아예 존재하지 않았을 것이다. 운송수단으로는 그저 화석연료를 태워 증기기관차 등의 외연기관으로 작동하는 동력장치만이 가능했을 것이고, 휘발유 자동차 등과 같은 내연기관은 상상도 못했을 것이다. 또 전기제련으로 얻어지는 가벼운 소재인 알루미늄 같은 금속들은 아예 이용할 수 없고, 금속이 들어간 도구들은 우리의 옛 솥과 같이 모두 만만치 않은 무게가 될 것이다. 즉 기본적으로 문화 활동 등의 대부분이 조선시대 이전의 생활 방식과 큰 차이가 없을 것이다.

이와 같이 그냥 단순하게 취급되고 생각되는 각각의 자연과학 법칙이 우리의 삶, 즉 경제·문화·정치 및 사회 모든 분야에 엄청난 영향과 파장을 일으키고 우리가 누리는 모든 풍요로움이 자연과학의 발견으로부터 시작된다는 것을 볼 때 기초과학의 연구와 발전의 중요성을 새삼 깨달을 수 있다. 앞으로 어떤 새로운 기초과학의 발견들이 나와서 미래 사회를 어떤 모습으로 바꾸어 줄지 흥미진진하다.

최정훈 한양대 교수·화학

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