안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
자석은 일종의 자기장을 가지고 있는데, 이 자기장은 자기 북극과 자기 남극이 존재합니다. 이때 자석을 분해하면 북극과 남극이 분리되어 나오는 것이 자연스러운 상황입니다. 하지만 우리가 보는 대부분의 자석은 북극과 남극이 합쳐진 상태로 존재합니다.
이는 자석의 내부 구조에서 자기장이 형성되는 원리 때문입니다. 자석은 도메인(domain)이라고 불리는 작은 자기장이 모여 큰 자기장을 형성합니다. 도메인은 원래 분리되어 있을 수 있지만, 외부 자기장이 적용되면 그 방향으로 정렬됩니다. 이때 도메인이 모여서 자기장이 형성되면, 자기력선은 자기 북극에서부터 남극으로 이어지게 됩니다. 따라서 북극과 남극이 합쳐진 자석을 만들기 위해서는, 자석 내부에서 북극과 남극이 번갈아 가며 배열되어 있는 구조가 필요합니다. 이러한 구조를 가진 자석을 우리는 "자기 구"라고 부릅니다.
물질 내부의 전자들이 회전하는 방향과 운동에 의해 발생하는 자기력이 도메인을 형성하고, 이 도메인들이 모여서 자기 구를 형성하는 것입니다. 이렇게 구성된 자기 구는 자기 북극과 남극이 모두 있는 구조를 가지게 됩니다. 따라서 N극과 S극이 서로 미는 힘을 작용하는 것이 아니라, 서로 다른 자기 극성을 가진 도메인들이 모여 자기 구를 형성함으로써 N극과 S극이 합쳐진 자석이 만들어지는 것입니다.
