나침반 만들기

20    년    월    일     요일   시간 :                날 씨 :            장   소 :

학 교   학년   반    번   이  름 :

[실험목표]  철을 자화시켜 나침반을 만들고 나침반의 원리를 알아봅시다.

[생각해보기]

1) 산 속이나 바다에서 길을 잃었을 때는 어떻게 할까요?

2) 자석은 어떤 특징이 있나요?

[ 준비물 ] 작은 막대자석, 에나멜선, 플라스틱 튜브, 스티커, 은박접시, 철사

셀로판테이프, 가위, 유성펜

[ 실험방법 ]

1. 에나멜선을 왼쪽 그림과 같이 구부려 은박접시 바닥에 셀로판테이프로 고정합니다.   위로 올라온 에나멜선이 수직으로 설 수 있도록 조절합니다.

2. 철사의 한 쪽 끝을 유성펜으로 표시한 다음, 반대쪽을 잡고 막대자석의 N극으로 오른쪽 그림과 같이 100회 문지릅니다.

항상 같은 방향으로 문질러야 합니다.

3. 유성펜으로 빨강 스티커에는 ‘N극’, 파랑 스티커에는 ‘S극’이라고 씁니다.

4. 빨강 스티커는 손으로 잡고 있던 쪽에, 파랑 스티커는 그 반대쪽에 붙여 줍니다.

5. 뚜껑을 제거한 플라스틱 튜브를 엎어 놓고, 셀로판테이프로 철사의 중앙을 오른쪽 그림처럼 고정시킵니다.

6. 은박접시에 고정시킨 에나멜선에 철사를 붙인 튜브를 얹고, 철사가 잘 돌아가는지 확인합니다.

7. 은박접시를 손바닥 위에 올려놓고, 완성된 나침반의 N극과 S극이 정확히 가리키는지 확인해 봅시다.

*실험 시 주의 사항*

1. 철사를 막대자석으로 문지를 때는 방향에 주의하세요.

2. 스티커 붙이는 위치를 잘 확인하여주세요.

3. 에나멜선이나 철사에 눈, 손 등이 찔리지 않도록 주의하세요.

[ 확인 학습 ]

1. 철사를 막대자석으로 문지르면 철사는 어떤 성질을 가지게 되나요? 어떻게 확인할 수 있을까요?

2. 에나멜선 위에 완성한 나침반을 올려놓으면 N극과 S극을 가리키게 됩니다. 그 이유는 무엇일까요?

[ 원리 학습 ]

자화란 물체가 자석의 성질을 띠는 일을 말합니다. 대부분의 물체는 자기장 안에서 자석의 성질을 가지게 되는데, 이때 자기장을 제거하여도 계속 자석의 성질을 지니게 되는 물질이 있습니다. 철도 그 중 하나이지요. 철로 된 가위에 자석을 오랫동안 붙여 놓았다가 클립이나 핀에 가까이 하면 마치 가위가 자석이 된 것처럼 클립을 끌어당깁니다.

여러분이 철사를 막대자석으로 문지르면 철사가 자석의 성질을 띠게(자화)된 것입니다. 방향을 일정하게 문지르면 철사에 N극과 S극이 생기게 되지요.

지구는 하나의 거대한 자석입니다.

자석은 같은 극끼리는 밀고, 다른 극끼리는 당기는 힘이 작용하는 것은 알고 있지요? 자석의 성질을 띠게 된 철사는 자석과 똑같이 지구와 자석의 힘이 작용합니다. 그래서 어디에 있던지 철사가 돌아 N극과 S극을 가리키게 되는 것이랍니다.

일상적으로 사용하는 나침반도 똑같은 원리입니다. 자화된 나침반의 바늘이 거대한 자석인 지구와 미는힘, 당기는 힘으로 인해 북쪽과 남쪽을 가리키게 되는 것입니다.

[ 느낀점 ]

■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	나침반 만들기			실험 원리	자석과 나침반의 원리
실험 시간	40분	실험 분야	물리	실험 방법	개별 실험
세트구성물	작은 막대자석, 에나멜선, 플라스틱 튜브, 스티커, 은박접시, 철사
교사준비물				학생준비물	셀로판테이프, 가위, 유성펜
실험 결과	나침반 1개를 들고 갈 수 있습니다.
실험팁	TIP 1. 철사를 막대자석으로 문지를 때는 방향에 주의하여야 하며, 자화된 것을 확인하려면 가느다란 바늘이나 핀 등 가벼운 철로된 물체에 가까이 해보면 됩니다. TIP 2. 스티커 붙이는 위치를 잘 확인하여야 나침반의 극이 뒤바뀌지 않습니다. 손으로 잡고 있던 쪽이 빨강(N극)입니다. TIP 3. 에나멜선이나 철사로 장난하다가 친구난 본인의 눈, 손 등에 찔리는 사고가 발생하지 않도록 지도하세요.

[생각해보기]

1) 산 속이나 바다에서 길을 잃었을 때는 어떻게 할까요?

밤하늘의 별자리, 흐르는 물길, 나무가 자란 방향, 태양이 뜨고 지는 방향 등 여러 가지 방법으로 방향을 확인할 수 있습니다.

2) 자석은 어떤 특징이 있나요?

자석은 N극과 S극을 지니며 같은극 끼리는 척력, 다른극 끼리는 인력이 작용합니다.

자석의 N극과 S극은 사람들이 자석을 물에 띄우거나 공중에 매달았을 때 가리키는 방향이 지구의 북쪽이면 N극, 남쪽이면 S극이라 명칭하기로 약속한 것입니다.

나침반 [羅針盤, compass]

방위를 알 수 있도록 만든 기구.

나침의(羅針儀) 또는 컴퍼스라고 한다. 지구의 자기(磁氣)를 이용하여 자침(磁針)으로 방위를 지시하는 자기나침반(마그네틱 컴퍼스)과, 자이로스코프를 응용하여 지북성(指北性)을 가지는 전륜(轉輪)나침반(자이로컴퍼스)의 2종류가 있다. 동양에서는 자침을 지남철(指南鐵) 또는 지남차(指南車)라고 하였는데, 자침이 대략 남북을 지시하고 그 남북 방향이 진남북(眞南北)과 약간 다르다는 것을 최초로 기술한 것은 11세기 중국 송나라 사람 심괄(沈括)의 《몽계필담(夢溪筆談)》이다. 그 당시 중국에서는 자침을 가벼운 갈대 또는 나무 등에 붙여서 물에 띄워 주택의 방향을 보는 데 사용하였다. 심괄은 명주실에 자침을 달아매어 사용하는 방법도 기술하고 있다. 그리고 방향을 더욱 상세히 알기 위하여 24방위로 분할하였다. 바다를 항해할 때 자침을 사용한 것은 심괄의 시대 이후이다. 아랍의 선원이 자침을 항해에 사용하는 기술을 유럽에 전달하였으며, 이것을 계기로 전세계에 보급되었다.

자화 [磁化, magnetization]

물체가 자성(磁性)을 지니는 일.

자기화(磁氣化)라고도 한다. 모든 물체는 자기장 내에 두면 크건 작건 자화되는데, 자화되는 양상에 따라 강자성체(强磁性體)·상자성체·반자성체·페리자성체 등으로 구분된다. 이 중에서 상자성체와 반자성체는 자화되는 정도가 약하고 자기장을 제거하면 자성이 없어지지만, 강자성체는 자화되는 정도가 강하고, 또 자기장을 제거해도 자성이 남아 있는 경우가 많다.

자화의 세기는 일반적으로 물체의 단위부피에 대한 자기모멘트에 의해서 측정된다. 예를 들면, 길다란 막대의 길이를 l, 자극(磁極)의 세기를 m(따라서 자기모멘트는 ml), 자화되는 방향에 수직인 단면적을 s라고 하면, 자화의 세기 I는 다음 식으로 구할 수 있다. I=ml/sl=m/s 따라서, 자화의 세기는 단면적에 나타나는 자하(磁荷:자극의 세기)의 표면밀도를 나타내는 것이라고도 할 수 있다.

자화에 관한 양으로는 이 밖에 자화율이 있다. 이것은 자화의 세기와 그때의 외부자기장(자화력이라고 한다)의 비이며, 상자성체나 반자성체에서는 자기장의 세기와 관계가 없는 물질 고유의 상수(常數)이지만, 강자성체에서는 자기장의 세기와 자화과정에 따라 그 값이 복잡하게 변한다.