SCIENCE 3D | 구리관 속 자석 낙하 실험

무슨 일이 일어났나

구리는 상온 강자성 원소(철 · 니켈 · 코발트 · 가돌리늄)가 아니라 자석에 붙지 않지만(MagLab), 전기는 잘 통합니다. 자석이 떨어지면 관 벽을 지나는 자기장이 바뀌어 벽에 맴돌이 전류가 생깁니다.

렌츠의 법칙대로 유도된 자기장은 그것을 만든 자석의 자기장을 밀어냅니다(MagLab). 그래서 자석은 위로 미는 힘을 받고, 빨리 떨어질수록 그 힘이 커집니다.

미는 힘이 자석 무게와 같아지면 더 빨라지지 않습니다. 시뮬레이터에서 미는 힘이 98.1 mN(10 g 의 무게)에 이르면 빠르기가 0.327 m/s 에 머물고, 플라스틱 관(전도도 0)에서는 1 s 뒤 9.85 m/s 까지 빨라집니다.

떨어지며 잃은 위치 에너지는 관을 데우는 열이 됩니다(MagLab). 시뮬레이터의 자석 세기 · 관 값은 모형 값이라 실제 관에서 잰 빠르기와 다를 수 있습니다.

💡 생활 속 예시

놀이기구 · 기차의 자석 브레이크도 금속 판 속 맴돌이 전류가 움직임을 거스르는 같은 원리입니다(MagLab).
알루미늄 쟁반을 기울여 그 위로 센 자석을 굴리면, 쟁반에 붙지 않는데도 굴러 내려오는 빠르기가 눈에 띄게 느려집니다.

🧪 해 보기

길이 30 cm 넘는 구리관(철물점의 배관용)과 같은 길이의 플라스틱 관, 관 안에 쏙 들어가는 원통형 네오디뮴 자석 하나, 비슷한 크기의 지우개 조각을 준비합니다.
관을 바닥의 방석 위에 세로로 세우고, 지우개를 구리관 위 끝에서 놓아 바닥에 닿기까지의 시간을 폰 스톱워치로 잽니다.
같은 높이에서 이번에는 자석을 구리관에 놓아 시간을 잽니다. 관 위에서 들여다보면 자석이 천천히 내려가는 것이 보입니다.
플라스틱 관에서도 자석을 놓아, 세 번의 시간을 견줘 봅니다.

⚠️ 어른과 함께 합니다.
⚠️ 네오디뮴 자석은 아주 세서 다른 자석 · 쇠붙이와 갑자기 달라붙으며 손가락이 끼일 수 있으니 하나만 씁니다.
⚠️ 작은 자석은 어린이가 입에 넣지 않도록 실험이 끝나면 바로 치웁니다.
⚠️ 자석을 폰 · 카드에 붙이지 않고, 폰은 스톱워치로만 씁니다.
⚠️ 관 끝이 날카로우면 어른이 테이프로 감싸고, 의자 · 높은 곳에 올라가지 않고 바닥에서 합니다.

누가 왜 찾았나

1855 년 프랑스의 한 물리학자(레옹 푸코)는 맴돌이 전류가 어떻게 작동하는지 보여 주는 원판 장치를 만들었고, MagLab 은 맴돌이 전류가 제동을 걸고 그 저항이 열이 된다고 설명합니다. 하인리히 렌츠는 유도된 자기장이 늘 그것을 만든 자기장을 밀어낸다는 규칙을 밝혔습니다 — 구리관 속 자석이 천천히 떨어지는 것은 이 두 생각을 한꺼번에 보여 줍니다.

확인된 값

맴돌이 전류 — 금속 도체가 자기장 속에서 움직일 때 유도된다: eddy currents 출처
맴돌이 전류는 제동 효과를 낸다: braking effect 출처
그 저항은 열이 된다: heat 출처
렌츠 — 유도된 자기장은 그것을 만든 자기장을 밀어낸다: opposing field 출처
자석이 움직일 때만 전류가 잡힌다: current only while moving 출처
상온 강자성 원소는 철 · 니켈 · 코발트 · 가돌리늄뿐 — 구리는 들지 않는다: Fe, Ni, Co, Gd 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 물리학 · 전기와 자기 [12물리02-06]

출처

https://nationalmaglab.org/magnet-academy/watch-play/interactive-tutorials/foucault-s-disk/(확인 2026-11-12)
https://nationalmaglab.org/magnet-academy/history-of-electricity-magnetism/pioneers/heinrich-friedrich-emil-lenz/(확인 2026-11-12)
https://nationalmaglab.org/magnet-academy/watch-play/interactive-tutorials/electromagnetic-induction/(확인 2026-11-12)
https://nationalmaglab.org/magnet-academy/watch-play/interactive-tutorials/diamagnetism-and-paramagnetism/(확인 2026-11-12)

구리관 속 자석 낙하 실험