금속탐지기와 도서관의 도난 방지 장치는 어떤 원리로 작동하는 것일까?

[김동석]

금속탐지기와 도서관의 도난 방지 장치는 어떤 원리로 작동하는 것일까?

선물가계나 음반 판매점 등의 출입구에 장치되어 있는 도난 방지장치를 한 번쯤은 통과해 보았을 것이다. 양쪽으로 기둥모양으로 세워져 있어 계산을 하지 않고 가지고 나갈 때는 경고음이 나오도록 되어있다.   특히 음반판매점의 경우는 제품에 무언가 붙어있는 것을 쉽게 볼 수 있다. 선물가계에도 계산을 함과 동시에 어떤 장치에 대어본다던가 제품에 삽입되어 있는 작은 테잎을 제거하여 도난 방지장치에 걸리지 않게 한다. 학교 도서관의 도서 도난방지장치도 같은 형태로 되어있다. 하지만 도서는 상품과 같이 한번 팔고 나면 끝나는 것이 아니라 지속적으로 대출과 반납이 이루어지므로 앞의 예와는 다른 구조의 판별 장치를 사용한다.   그러면 이러한 도난방지 장치는 어떻게 작동되는가? 흔히 불 수 있는 것이 공항이나 주요 부서 출입문에 설치된 무기 감지장치나 금속 탐지기, 군부대에서 사용하는 지뢰 탐지기 등이 있다. 금속 탐지기는 기본적으로 두 코일을 수직으로 장치해야 한다. 한 쪽 코일에 교류 전류를 흘려주어 이 전류로 생긴 자기장 변화로 탐지하려는 금속에 유도 전류를 흐르게 하고, 이로 인한 자기장의 변화로 다른 코일에 유도 전류가 흐르게 하여 소리를 내게 하는 것이다. 이 때 두 코일이 수직이어야 하는 이유는 한 쪽의 코일에 흐르는 전류가 다른 코일에 영향을 주지 않고, 다만 금속에 유도된 전류만을 감지하기 위해서 이다. 금속 탐지기는 탐지하려는 물체 내에 금속이 항상 있어야 하므로 도난 방지장치의 구조와는 약간 차이가 있으나 원리적으로는 같다.                   금속탐지는 기둥에 전류를 흘려주어 금속에 유도된 전류로 인한 자기장의 변화를 감지하지만 반대로 도난 방지장치는 움직이는 자기장(바코드; 작은 자석 정보)에 의해 두 기둥 속에 유도전류가 흘러 감지하게 된다. 그러면 어떻게 대출되는 책과 반납하는 책을 구분할 수 있을까. 이러한 책에는 작고 아주 얇은 형태의 자기 테잎을 책장 사이에 붙인다. 이것은 거의 구별할 수 없게 부착되며 대출할 시에는 자성을 없애주며 반납시에는 자성을 살려줌으로서 가능하다.   그러면 어떻게 자성을 없애거나 되살릴 수 있는가? 간단히 쇠막대를 자석으로 문질러 주면 자성이 생겨 한쪽은 N극이 되며 다른쪽은 S이 된다. 그리고 쇠막대의 자성의 세기와 같은 자석을 쇠막대의 N극에는 자석의 S극을 쇠막대의 S극에는 자석의 N극을 대어보면 쇠막대의 자성은 없어진다.   마찬가지 원리로 책은 금속 물질을 삽일할 공간이 없으므로 자기 테잎을 사용하며 제본된 책 안쪽 가까이에 부착하여 효과적으로 자기장의 영향을 받게 한다. 결국 대출할 시에는 자기장을 반대방향으로 걸어주어 자성을 잃게 하고 반납시에는 일정한 자기장을 책에 걸어주어 자성을 띠게 한다. <자석을 넣었다 빼었다 하면 코일에 전류가 흐른다.>   우리가 자성을 없애지 않은 책을 가지고 기둥을 통과할 때는 자성으로 인한 자기장의 변화로 두 기둥에 유도전류가 흐르게 된다. 이러한 현상을 '전자기 유도'라고 한다. 반드시 변하는 자기장에 의해 전류가 유도 되므로 우리가 책을 들고 가만히 두 기둥 사이에 서 있으면 전류는 흐르지 않는다. 하지만 통과하려고 움직이는 순간 자성물질이 이동하므로 자기장이 변화하여 전류가 흐르게 된다.   일상생활에 자성을 띄는 물질은 상당히 많이 있다. 핸드백에 단추, 지퍼의 대신 쓰이는 자석이나 냉장고 등에 붙이는 병따개 등이다. 그러나 이러한 물질을 지닌 상태로 이 기둥 사이를 통과하더라도 도난 방지장치는 울리지 않는다. 이는 일정한 전류에서만 반응하기 때문이다. 물론 유도 전류가 흐르지만 일점 범위의 자기장에 의한 유도전류만이 감지되어 작동하기 때문이다.