마이클 패러데이는 수학을 못했는데 어떻게 전자기학의 기초를 만들었을까

마이클 패러데이는 정식 고등교육을 거의 받지 못했고 고급 수학 실력도 부족했지만, 치밀한 실험과 명료한 언어로 전자기장 개념과 전자기 유도, 전기 분해의 법칙 같은 현대 전자기학과 전기화학의 토대를 세운 인물이다.

가난한 제본 견습생에서 실험실로

패러데이는 1791년 9월 22일 런던의 뉴잉턴에서 태어나 1867년 8월 25일에 사망했다. 그의 가족은 가난하여 더 나은 삶을 찾아 런던으로 이주했다.

어린 시절 그는 책 제본 견습생으로 일하며 많은 과학 서적을 읽었고, 13세 때 조지 리보의 제본 견습생이 되었다. 이 시기의 독서는 정규 교육 대신 그의 과학적 기초를 다져 준 셈이었다는 해석이 가능하다.

1812년 그는 험프리 데이비의 강연을 필기해 책으로 묶어 데이비에게 보냈고, 이것이 계기가 되어 1813년 3월부터 험프리 데이비의 조수로 왕립 연구소에서 근무를 시작해 실험실 업무를 맡았다. 같은 해 그는 데이비와 함께 유럽 대륙 조사가 포함된 여행에 동행했다.

패러데이는 왕립 협회와 왕립 연구소에서 실험실 관리와 강연 보조 등의 역할을 수행하며 연구와 대중 강연 현장을 동시에 경험했다. 이는 훗날 그가 실험을 명료하고 단순한 언어로 전달하는 실험주의자로 자리 잡는 바탕이 되었다는 해석도 가능하다.

1821년 6월 12일 패러데이는 사라 바너드와 결혼했고, 그들은 자녀가 없었다.

수학은 약했지만 실험으로 쌓은 전자기학의 토대

패러데이는 정식 고등교육을 거의 받지 못했고 고급 수학 실력이 부족했다. 그의 수학 능력은 간단한 대수 수준에 국한되어 삼각법도 다루지 못했다. 그럼에도 그는 전류와 자기를 다루는 새로운 개념들을 실험으로 끌어냈다.

패러데이는 전류가 흐르는 도체 주위의 자기장 연구를 통해 전자기장 개념을 확립했다. 1821년에는 전자기력에 의한 회전을 실험적으로 규명했고, 그 결과를 같은 해 9월에 물리학연보에 익명으로 게재했다. 그가 발명한 전자기 회전 장치는 전기 모터의 근본적 형태가 되었다.

1831년 8월 29일 그는 전자기 유도 실험을 시작하여 유도 현상을 관찰했고, 서로 연결된 회로들 사이의 자기 변화가 전류를 유도함을 보였다. 또한 그는 전자기 유도와 반자성 현상, 전기 분해의 법칙 원리를 발견했다.

이후 제임스 클러크 맥스웰은 패러데이의 업적을 포함한 연구들을 현대 전자기학의 기초 방정식들로 요약했다는 점에서, 패러데이의 실험적 통찰이 수학적 이론으로 이어지는 연결고리를 만들었다고 볼 수 있다.

빛, 자성, 물질 상태를 향한 호기심

패러데이는 자성이 광선에 영향을 미칠 수 있고 두 현상 사이에 근본적 관계가 있다고 확립했다.[출처] 그는 반자성 현상을 발견해 자성과 물질의 관계를 더 넓게 바라보게 했다.

또한 그는 다양한 기체의 액화에 성공했고 임계점의 존재를 알아차렸다. 1823년에는 여러 물질들의 액화 실험에서 성공을 거두었고, 이를 통해 기체와 액체 상태 사이의 전환을 실험적으로 탐구했다.

화학자로서 그는 벤젠을 발견했고, 염소의 격자무늬 수산화물(클라트레이트 하이드레이트)을 조사했다. 왕립학회로부터는 망원경용 광학 유리 연구를 위탁받아 1825년부터 관련 연구를 시작했고, 1827년에는 왕립연구소에서 이 광학 유리 연구를 본격적으로 수행했다.

명료한 언어, 보급된 용어

패러데이는 실험을 명료하고 단순한 언어로 전달하는 실험주의자였다. 이는 오늘날 우리가 과학 글쓰기나 프레젠테이션에서 배울 수 있는 중요한 태도이기도 하다.

그는 초기 형태의 벤젠 버너와 산화 상태 체계를 고안했고 여러 전기화학 용어들을 보급했다. 이렇게 개념과 용어를 정리하는 일은 실험 결과를 공동체의 언어로 만드는 작업이었고, 패러데이는 그 한가운데에 있었다고 볼 수 있다.

패러데이는 왕립 연구소의 최초이자 종신 직위인 풀러 화학 석좌 교수(Fullerian Professor of Chemistry)가 되었다. 영문 위키백과는 정전 용량의 단위인 패럿(farad)이 그의 이름을 따서 명명되었다고 기술한다는 점에서, 그의 이름이 과학의 언어 속에 새겨져 있음을 알 수 있다.

패러데이 이야기로 외국어 표현 익히기

패러데이는 전자기학과 전기화학 분야에 큰 기여를 한 영국의 물리학자이자 화학자이며, 그의 연구는 전류, 자기장, 기체의 액화, 화학 용어 등 다양한 주제를 아우른다. 이런 폭넓은 주제는 외국어에서 과학 관련 어휘를 익히기에 좋은 소재가 된다.

앱 설명에 따르면 "리트리버와 언어공부" 앱은 역사 인물의 삶과 이야기를 사용해 외국어를 학습하도록 구성되어 있다. 패러데이의 사례를 떠올리며, 다음과 같은 표현들을 노트에 적어 정리해 볼 수 있다.

• electric field – 전기장 (전류가 흐르는 도체 주위의 장을 떠올리며 암기)
• magnetic field – 자기장
• electromagnetic induction – 전자기 유도
• rotation by electromagnetic force – 전자기력에 의한 회전
• liquefaction of gases – 기체의 액화
• critical point – 임계점
• benzene – 벤젠
• diamagnetism – 반자성

패러데이가 실험을 명료하고 단순한 언어로 전달했던 것처럼, 우리도 외국어 표현을 정리할 때 간단한 문장으로 정의를 써 보고, 모르는 수식이나 복잡한 설명 대신 일상 언어로 설명해 보는 연습을 해 볼 수 있다.

오늘 해 볼 짧은 기록·학습 과제

1. 1821년 전자기력에 의한 회전 실험과 1831년 전자기 유도 실험이 무엇이 다른지, 각각 한두 문장으로 정리해 한 페이지에 비교해 보세요.
2. 패러데이의 생애 주요 연표(1791년 출생부터 1867년 사망까지)를 연도별로 간단히 쓰고, 각 연도 옆에 오늘 배운 영어 표현 하나씩(electric field, benzene 등)을 짝지어 적어 보세요.
3. 패러데이의 과학적 전달 방식이 "명료하고 단순한 언어"였다는 점을 떠올리며, 자신이 외국어를 공부할 때도 이렇게 설명해 보겠다는 다짐을 3~4문장으로 적어 보세요.