제3권 · Chapter 2: 자기와 전자기 유도

1. 자기장

1-2. 전류가 만드는 자기장

강의 도중 일어난 사건 — 물리학 역사를 바꾼 우연

1820년 4월 21일, 덴마크 코펜하겐 대학교.

물리학 교수 한스 크리스티안 외르스테드(Hans Christian Ørsted)는 학생들 앞에서 전기 실험을 시연하고 있었다. 배터리에 전선을 연결하여 전류를 흘리는 평범한 실험이었다. 그런데 실험대 위에 우연히 놓여 있던 나침반이 외르스테드의 시선을 사로잡았다.

전선에 전류를 흘리는 순간, 나침반 바늘이 움직인 것이다.

전류를 끊자 바늘은 다시 원래 방향(남북)으로 돌아갔다. 다시 전류를 흘리자 바늘이 또 움직였다. 이것은 우연이 아니었다.

외르스테드는 그 순간 무엇을 목격한 것일까? 나침반 바늘은 자석이다. 자석은 자기장에 반응한다. 나침반이 움직였다는 것은 전류가 흐르는 전선 주변에 자기장이 생겼다는 뜻이다.

전류가 자기장을 만든다!

이 발견은 충격적이었다. 그때까지 전기와 자기는 전혀 별개의 현상으로 여겨졌다. 전기는 전기이고, 자기는 자기였다. 번개와 나침반이 무슨 관계가 있겠는가? 하지만 외르스테드의 나침반은 분명히 말하고 있었다 — 전기와 자기는 연결되어 있다.

이 소식은 유럽 전역으로 빠르게 퍼져나갔다. 프랑스의 앙드레마리 앙페르(André-Marie Ampère)는 이 소식을 듣고 단 일주일 만에 수학적 이론을 세우기 시작했다. 영국의 마이클 패러데이는 이 발견에서 영감을 받아 훗날 전자기 유도를 발견하게 된다. 외르스테드의 "우연한" 관찰 하나가 전자기학이라는 거대한 학문 분야 전체의 문을 열어젖힌 것이다.

이번 절에서는 그 역사적 순간의 핵심으로 들어간다: 전류가 어떻게 자기장을 만드는가?