죽을 때 까지 돌아갈 수 없다? 히스테리시스 현상과 히스테리시스 곡선

 

 

어느 날 우리는 매번 같은 카페를 갈 때, 가는 길과 오는 길이 다르다는 것을 깨닫게 됩니다. 어느 길이나 거리는 같았을 경우에 갈 때는 지하철역을 지나가고, 올 때는 버스 정류장을 지나간다면. 왜 그랬을까요? 원인은 다양합니다. 여기가 저녁에 더 밝아서, 여기가 내리막이라 등 등 위치에 따라 다릅니다. 하지만 머릿속 지도를 그려본다면 문득 그 그림이 어느 자성 교과서에 실린 그래프를 쏙 빼닮았다는 사실을 알 수도 있습니다. 오늘은 히스테리시스에 대해서 알아보겠습니다.

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우리가 자주 가는 길은 히스테리시스였다!

히스테리시스(hysteresis)란 자석을 만들 때 사용되는 물리 현상으로 '이력현상'이라고 부르기도 하는데요. 자석이 아닌 강철에 다른 강한 자석을 붙이게 되면, 그 강철이 자석이 됩니다. 붙였던 강력한 자석을 떼어내도 강철은 자성을 잃지 않고, 계속 띠고 있습니다. 다시 말해서 자성이 없던 원래대로 돌아가지 않고 자석을 한번 갖다 댔다는 지금까지의 이력을 강철이 '기억'하고 있습니다.

이 현상을 히스테리시스라고 부릅니다. 사전적인 표현으로는 히스테리시스(hysteresis)는 물질이 거쳐 온 과거가 현재 상태에 영향을 주는 현상으로 어떤 물리량이 그때의 물리 조건만으로 결정되지 않고 이전에 그 물질이 경과해 온 과정에 의존(history-dependent)하는 특성을 말합니다.

출처 : 구글

 

위의 사진은 이 때까지 위에 했던 말의 이동경로를 곡선으로 표현한 것입니다.

좀 더 쉽게 설명한다면 예를 들어 어떠한 힘이 올라갈 때 나타나는 발자취와 

내려올 때 발자취를 그려 본다면 일치하지 않고 다르게 나타납니다.

그 이유는 관성과 저항 등의 힘의 영향 때문인데요.

 

이것을 그래프에 그리면 곡선 모양이 완성되게 됩니다. 외부의 힘이 증가하고 감소에 따라 철과 같은

강자성체에서 자화의 반응이 외부의 힘에 비해 늦게 나타내는 것을 나타낸 곡선으로,

물을 끓일 때, 커피 포트기에 물을 담았다고 바로 물이 끓지 않습니다. 외부에서 계속 전기로 영향을 주지만

내부의 물은 오랜 시간이 지나야 끓기 시작하고, 물이 끓고 나면, 포트를 빼도 계속 끓고 있게 됩니다.

즉, 외부의 영향이 계속 늦게 전달되는 것입니다. 

이렇게 외부 자기장의 힘의 변화에 따라 늦게 반응하는 자속밀도를 그린 것이 히스테리 곡선입니다.

 

자석에만 통하는 원리?

재미있게도 N극과 S극이 뒤바뀐 강력한 자석을 그 강철에 다시 갖다 댔다가 떼어내면 이번에는 강철이 N극과 S극이 거꾸로 된 자석이 됩니다. 강철이 자석이 되었을 때, 어떠한 방향으로 강력한 자석을 갖다 댔다가 떼어내는지 이력이 따라, N극과 S극의 방향이 결정되는 것입니다. 이와 같은 이력현상을 이용해서 자석이 만들어집니다. 다시 카페 이야기로 돌아가 보겠습니다.

가는 길은 버스 정류장에서 출발합니다. 반면 돌아오는 길은 카페에서 출발합니다. 이렇게 되면 이력이 달라집니다. 같은 지도 위에서 움직여도, 출발점과 도착점이 바뀌기만 해도 경로가 달라집니다. 우리의 매일 밤 행동은 히스테리시스 현상에 지배받고 있었던 것이죠.  여러분도 궁금하시면 집을 기준점으로 어떠한 곳으로 갈 때 같은 길을 오고 갔는지 습관적으로 확인해보게 됩니다.

 

이 현상을 설명하는 내 이론 가설은 "인간은 똑바로 나아가고자 하는 본능이 있다"라는 가설로 이 이론으로 예측한 경로를 무의식적으로 선택했음을 발견한 순간에, 내가 히스테리시스 길이라고 이름 붙인 카페로 가는 길 자체가 색다르게 마치 과학자가 된 듯한 기분을 느끼게 됩니다. 어쩌면 병일 수도 있습니다. 이상하게 보일 수도 있죠. 하지만 이 히스테리시스의 이론을 알게 되면 

여러분은 예전의 히스테리시스라는 현상을 모른 채로 다시 돌아갈 순 없습니다. 즉, 히스테리시스라는 자성 현상으로 이것을 설명할 수 있습니다.