지자기 요소와 자기 이상

핵심 정리

지구 자기장은 한 지점에서 크기와 방향을 가진 벡터로 나타낸다. 전 자기력은 자기장의 전체 세기이고, 이를 수평 성분인 수평 자기력과 연직 성분인 연직 자기력으로 나누어 생각한다. 수평면에서 자기 북쪽과 진북이 이루는 각의 크기가 편각이며, 지점마다 값이 다르다. 자기 북쪽을 향할 때 자기장이 수평면과 이루는 각이 복각이다. 수평 성분과 연직 성분은 전 자기력의 방향에 따라 함께 달라진다.

복각은 적도에서 0°이고 극으로 갈수록 커지며, 고위도일수록 큰 경향을 보인다. 고지자기 복각의 크기도 고위도일수록 크다. 북반구에서는 지구 자기장이 북쪽에서 지면을 향해 기울어져 들어간다. 복각이 음수이면 현재 위치는 남반구이다. 복각이 커질수록 수평 자기력이 차지하는 비율은 작아지고, 연직 자기력은 수평 자기력보다 상대적으로 커진다.

편각은 진북과 자북의 방향 차이를 나타내고, 복각은 자기장의 기울기를 나타낸다. 그러므로 편각 분포와 복각 분포는 서로 다른 정보를 담는다. 자기장의 수평 성분은 전 자기력에 복각의 여현을 곱한 값에 비례한다. 편각과 복각, 전 자기력 자료를 구분해 읽으면 방향과 세기 정보를 함께 해석할 수 있다.

자세히

지구 자기장을 이해할 때 먼저 기준 방향과 측정하는 각을 분리해야 한다. 지리적 북쪽인 진북은 지구의 지리적 극을 기준으로 한 방향이다. 나침반의 자침 N극이 가리키는 자북은 그 지점에서 지구 자기장의 수평 성분이 향하는 방향이다. 두 방향 사이의 각이 편각이다. 지점에 따라 진북과 자북의 관계가 달라지므로 편각도 지점마다 다르다. 편각 지도에서는 위치별로 편각의 크기와 방향을 읽는다. 편각이 서쪽이라는 표기는 자북이 진북의 서쪽에 있다는 뜻으로 해석한다. 방향을 묻는 문제에서는 먼저 진북과 자북을 각각 표시한 다음 두 방향의 상대적 위치를 비교한다. 단지 두 방향 사이의 각이 같다고 해서 편각의 동서 방향까지 같다고 판단하면 안 된다.

복각은 자기장 방향이 수평면에서 얼마나 기울었는지를 나타낸다. 수평면과 자기장 방향 사이의 각을 생각하면, 자기장이 수평면에 가까울 때 복각의 크기는 작고 연직 방향에 가까울 때 복각의 크기는 크다. 적도에서는 복각이 0°이고 극 쪽으로 갈수록 커진다. 복각은 위도가 높은 지역일수록 크며, 자극에 가까울수록 커지고 적도에서는 0°에 가깝다. 이 관계는 편각과 구별해야 한다. 복각은 자기장의 수직 기울기와 위도에 따른 체계적 경향을 나타내지만, 편각은 진북과 자북 사이의 수평 방향 차이로서 각 지점의 값을 살펴야 한다.

북반구에서는 자기장 방향이 북쪽에서 지면을 향해 들어가는 쪽으로 기울어져 있다. 반구를 판단할 때는 복각의 부호도 단서가 된다. 복각이 음수라면 현재 위치는 남반구이다. 다만 자기장의 방향을 그림에서 읽을 때는 화살표가 가리키는 방향과 복각의 부호를 함께 확인해야 한다. 자침의 N극 방향만 보고 자기장의 수직 성분까지 바로 정하는 것이 아니라, 수평 성분과 수직 성분을 따로 나누어 전체 방향을 읽는 것이 안전하다.

전 자기력은 자기장의 전체 세기이며, 수평 자기력과 연직 자기력은 서로 직각인 성분이다. 수평 자기력의 크기는 전 자기력과 복각의 여현에 비례한다. 복각이 커지면 여현은 작아지므로 수평 자기력이 전 자기력에서 차지하는 비율은 작아진다. 반대로 복각이 90°에 가까워질수록 연직 자기력은 수평 자기력보다 크다. 따라서 복각이 큰 곳을 보고 수평 자기력이 더 크다고 결론 내리면 안 된다. 그림에서 전 자기력이 주어지면 복각을 이용해 수평 성분을 비교하고, 수평 자기력과 연직 자기력이 따로 표시되면 각 성분의 크기를 직접 비교한다.