[신나는 과학이야기] 국새 찾는 영화속 금속탐지기

여름만 되면 등장하는 대작 영화들 속에서 ‘한반도’라는 영화를 봤다. 영화속에서 일본은 대한제국의 국새가 찍힌 문서를 등장시켜 경의선 철도의 권리가 일본에 있음을 주장한다. 이때 등장한 한 사학자(조재현)는 진짜 국새가 어딘가에 숨겨져 있으며 일본이 등장시킨 문서는 가짜라는 이야기를 한다. 진짜 국새를 찾으면 해결된다는 간단한 이유로 국새를 찾기 시작한다. 모래밭에서 바늘 찾기라는 생각을 한 순간 등장한 도구가 영화에서만 가끔씩 나오는 금속탐지기이다. 금속 탐지기는 요즘 한창 이용하고 있는 교통카드와도 비슷한 과학적 원리를 갖고 있다.

김경숙 상신중학교 교사

먼저 금속 탐지기를 살펴보자. 금속 탐지기는 전쟁터 등에서 지뢰와 같은 무기를 찾을 때도 사용되지만, 공항에서 통과하는 검색대에서도 사용된다. 금속 탐지기에는 전자기 유도라는 성질이 이용된다. 전자기 유도는 코일 주위에 자기력의 변화가 생기면 코일에 전류가 흐르는 현상을 말한다. 과학시간에 코일덩어리에 자석을 넣었다가 빼면 코일에 전류가 흐르는 것을 확인해 본 적이 있을 것이다. 이 현상이 전자기 유도이다. 자석도 아닌 금속을 찾아내는 데 전자기 유도 현상을 이용한다.

전류가 흐르면 자기장이 발생한다. 전류가 일정하게 흐르면 자기장은 변화가 없다. 전자기 유도에 의해 생기는 유도전류도 생기지 않는다. 코일의 방향을 나란하게 하고 한쪽 코일에 전류를 흘리면서 그 세기나 방향을 바꾸면 다른 쪽 코일에 유도전류가 생긴다. 그런데 코일이 수직으로 장치돼 있으면 다른 코일에 유도전류가 생기지 않는다. 금속 탐지기에는 이렇게 수직으로 두 개의 코일이 장치되어 있다. 한 개의 코일은 전류가 흐르고 다른 코일은 직접전류가 흐르지 않는 대신 경보장치와 연결되어 있다. 수직으로 장치되어 있어서 두 번째 코일의 경보장치는 보통 때는 울리지 않는다. 그러나 가까운 곳에 금속이 있다면 첫 번째 코일에서 금속을 거쳐 두 번째 코일에 유도전류가 발생하게 된다. 그러면 두 번째 코일에 전류가 흘러서 경보장치가 울린다. 공항에서 통과하게 되는 보안용 검색대도 코일이 장치되어 있어서 금속을 지니고 문을 통과하게 되면 경보기가 울리게 되는 것이다.

그럼 교통카드는 어떤 관계가 있을까? 교통카드는 일반 신용카드와 같은 검은색 선이 없다. 검은색 마그네틱선이 없는 대신 밝은 곳에 비추어 보면 카드 안쪽에 안테나처럼 생긴 선과 작은 칩이 보인다. 마그네틱 선이 쉽게 망가지는 것과 달리 칩은 강한 자석 근처에 가도 영향을 받지 않는다. 칩이 중요한 역할을 한다. 칩이 충전 기능도 하고, 버스나 지하철에서는 금액을 표시하면서 사용했다고 알려주기도 한다. 그런데 교통카드에는 이런 일을 할 만한 에너지가 없다. 전원이 없다는 것이다. 건전지도 없고, 작은 수은전지 하나도 들어가지 않는다. 충전한다고 해도 금액을 충전할 뿐 전류와 관계 되는 것은 아니다. 카드의 칩을 작동시키는 전류도 전자기 유도를 통해 만들어 진다. 버스나 지하철의 입구 단말기에는 1차코일이 있다.

교통카드의 칩에 연결된 선이 2차 코일이다. 단말기의 1차 코일에 변화하는 전류를 흘리면 교통카드가 가까이 가는 순간 카드의 2차 코일에 전자기 유도에 의해 전류가 생기게 되고, 이 전류는 칩을 작동시키기에 충분한 양이 된다.

김경숙 상신중학교 교사