네 가지 기본 힘인 강력 약력 중력 전자기력 중 인간이 통제할 수 있는 힘은? ①강력은 원자핵 속 양성자와 중성자를 하나로 통합하는 힘이다. 그 묶음을 풀면 핵폭탄이다. 인간은 강력을 만들 순 없다. ②약력은 원자핵이 붕괴하는 힘이다. 이때 방사선이 나온다. 역시 인간은 약력을 만들 순 없다. ③중력은 질량을 가진 두 물질끼리 끌어당기는 힘이다. 인간은 배나 비행기로 중력에 거스르는 부력(浮力)이나 양력(揚力)을 만들 순 있어도 중력을 만들 수 없다. ④전자기력은 +와 - 전하와, N과 S 극성이 서로 엮이며 만들어지는 힘이다. 인간은 이 힘을 만들 수 있다. 정답은 전자기력이다.

전동기와 발전기 원리를 설명하는 손

이처럼 인간은 강력 약력 중력을 못 만들어도 전자기력을 만들어 낼 수 있다. 전자기력은 전기(電氣)력과 자기(磁氣)력이다. 전기(electricity)와 자기(magnetism)는 따로 떨어진 게 아니라 서로 엮여 있다. 전자공학이나 전기공학은 전자기공학이다. 전기는 자기를 만들고 자기도 전기를 만든다.

전기가 통하는 도체와 자기를 뻗치는 자석에 도대체 무슨 일이 일어나는 걸까? 그 메커니즘과 다이내믹스를 파헤치다 보면 원자에서 일어나는 전자의 흐름으로 귀착된다. 플러스(+) 전하의 원자핵을 중심으로 마이너스(-) 전하의 전자가 이리저리 왔다 갔다 주거니 받거니 하며 움직인다. 그러니 전자기력은 철저히 음양의 원리에 따르는 현상이다.

음양의 원리란 철학적 형이상학적 관념이 아니라 과학적 형이하학적 실체다. 온갖 물질과 생명체에서 일어나는 모든 화학 반응은 음양 원리인 전자기력에 따른다.

유럽인들은 19세기부터 음양의 원리가 작동하는 전자기력을 만들었다. 1차 산업혁명에 이어 2차 산업혁명을 이루었다. 1차 산업혁명 때의 증기는 폐기되었다. 2차 산업혁명의 요체는 전자기력인 전기의 사용이다. 3차 산업혁명에 이어 이제 4차 산업혁명 시대라지만 2차 산업혁명 때의 전기는 여전히 왕성하다. 설령 5차, 6차 산업혁명이 일어나더라도 전기사용은 여전할 것이다. 앞으로도 더욱 적극적으로 전기를 제조하고 통제하며 사용할 것이다.

인간은 직류 전기를 만들 수도, 교류 전기를 만들 수도 있다. 직류 전기를 교류로, 교류 전기를 직류로도 바꿀 수도 있다. 전기를 보내면서 전압을 높이거나 내리는 변압도 할 수 있다. 전류의 세기도 조절 가능하다. 전압×전류=전력이므로 당연히 전력도 조절한다. 발전된 전기로 열이나 빛을 낼 수도 있고 일을 하도록 움직일 수 있다. 발전소에서 발전된 전기로 움직이니 전동이다. 코일 회전축을 움직여서 전기를 발생시키니 발전(發電)이며, 발생된 전기로 회전축을 구동시키니 전동(電動)이다. 발전기(generator)에선 회전을 일으켜 전류를 얻으며, 전동기(motor)에선 전류를 흘려서 회전을 얻는다.

발전기는 플레밍(John Fleming 1849~1945)의 오른손 법칙에 따라 돌며, 전동기는 왼손 법칙을 따라 돈다. 우아한 대칭을 이루는 발전과 전동으로 현대문명은 휘황찬란하게 돌아간다. 선풍기 냉장고 에어컨 청소기 세탁기 믹서기 전동차 고속열차 엘리베이터 에스컬레이터 등등등… 덕분에 더 편하게 살아간다. 때문에 더 바쁘게 돌아간다. 돌고 도는 물레방아 인생이다. 발전기나 전동기처럼 열심히 돌아간다. 다람쥐 쳇바퀴 돌리듯 돌아가는 건 아닐는지 모르겠다.