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섭섭박사님이 이번엔 발명가를 꿈꾸는 어과동 기자단 친구들을 초대했어요. 그리곤 함께 전자 회로를 만들고 그 회로를 이용한 전자 제품을 만들어 보기로 했죠. 어떻게 전자 제품을 직접 만들 수 있다는 걸까요? 또 여기엔 어떤 과학 원리가 숨어 있을까요? 섭섭박사님의 재미있는 실험 시간을 함께 들여다봐요!
컴퓨터, 휴대전화, TV 등 우리 생활 속에서 볼 수 있는 전자제품 안엔 모두 ‘전자 회로’가 들어 있어요. 전자 회로는 전류가 지나가는 길이에요. 전지에서 만들어진 전기에너지가 여러 가지 부품을 지나 다시 전지로 돌아오는 길이지요. 전류가 지나간 곳에 어떤 부품이 놓여 있느냐에 따라 전자 회로의 기능이 정해진답니다.
전자 회로는 어떤 전원을 쓰는지, 또 회로를 어떻게 연결했는지에 따라 종류가 나뉘어요. 우선 전원에 따라 직류 회로와 교류 회로 두 가지로 나뉘죠. 직류 회로는 전류가 항상 같은 크기와 방향으로 흘러가는 회로를 뜻해요. 건전지를 연결해 간단히 만드는 전자 회로가 바로 직류 회로예요. 한편 교류 회로는 시간에 따라 흐르는 전류의 크기와 방향이 계속 바뀌는 회로를 뜻해요. 직류 회로는 일정한 전류가 필요할 때, 교류 회로는 효율적으로 전기 에너지를 전달해야 할 때 주로 사용된답니다.
회로를 연결하는 방법에 따라 구분할 수도 있어요. 직렬 회로는 회로에 들어가는 부품을 일렬로 나열해서 만들어요. 하나의 건전지 뒤에 다른 건전지를 줄줄이 연결한 것이 대표적이죠. 한편 병렬 회로는 여러 개의 부품을 나란히 배열하는 것을 뜻한답니다. 건전지 여러 개를 나란히 두고, 그 앞뒤를 전선으로 연결하는 것이 대표적인 병렬 회로의 모양이지요.
여러 가지 부품을 직렬로 연결하면 더 센 전류가 흐를 수 있지만, 하나의 부품이 망가지면 회로 전체에 전류가 흐르지 않아요. 한편 병렬 회로에서는 한 부품에 지나가는 전류의 세기는 작지만, 하나가 꺼져도 다른 부품엔 영향을 주지 않지요. 그래서 보통 집에서 사용하는 가전제품은 병렬로 연결돼 있답니다.
전기가 통하는 부품 여러 개를 연결하면 전자 회로가 완성돼요. 이때 만들고 싶은 회로에 맞는 부품을 선택해야 원하는 물건을 만들 수 있죠.
이날 기자단 친구들이 섭섭박사님과 함께 만들 회로는 두 종류였어요. 어두운 곳에서 빛을 내는 스마트 램프와, 밝은 곳에서만 소리를 내는 빛감지 멜로디 회로였지요. 친구들은 이 회로에 어떤 부품이 들어가야 할지 살펴보고 회로 순서에 맞게 나열해 보았답니다.
가장 먼저 필요한 부품은 전기 에너지를 공급할 건전지와 건전지를 담을 박스예요. 그 다음 여기서 만들어진 전기 에너지가 지나갈 트랜지스터와 콘덴서, 빛을 감지하는 CdS 센서, 그리고 발광다이오드나 스피커가 있으면 전자 회로를 만들 준비 끝!
필요한 부품을 찾은 뒤엔 부품의 방향을 잘 살펴보아야 해요. 전자 회로에 들어갈 부품은 두 가지 방향으로 끼울 수 있는데, 모두 같은 방향으로 끼워야만 전류가 제대로 흐르거든요.
그 이유는 전류가 (+)극에서 (-)극으로 흐르기 때문이에요. 물은 높은 곳(위치 에너지가 높은 곳)에서 낮은 곳(위치 에너지가 낮은 곳)으로 흐르죠? 전류도 마찬가지예요. 전기적 위치 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는데, 과학자들은 이 흐름을 (+)에서 (-)로 흐른다고 표현하기로 정했답니다.
전자 회로에서도 전류는 (+)극에서 (-)극으로 흐르기 때문에 모든 부품도 그 방향에 맞게 연결돼야 해요. 예를 들어 발광 다이오드는 안쪽에 작은 부분과 큰 부분으로 나뉘어져 있는데 작은 쪽이 (+), 큰 쪽이 (-)랍니다. 또 콘덴서는 긴 다리가 있는 쪽이 (+), 짧은 다리가 있는 쪽이 (-)이고요. 이렇게 부품의 (+)극은 전지의 (+)극 쪽으로, (-)극은 (-)극 쪽으로 연결하다 보면 어느새 쉽게 전자 회로를 완성할 수 있답니다.
“다 만들었어요! 그런데 불이 안 켜져요.”
몇몇 친구들이 만든 전기 회로는 이상하게 제대로 불이 안 들어오거나 소리가 나지 않았어요. 무엇이 문제였을까요?
대부분은 회로를 완전히 닫지 않았던 것이 문제였어요. 회로를 닫는다는 건 전류가 끊기지 않고 계속해서 흐르도록 만드는 걸 뜻해요. 우리가 자주 사용하는 전등 스위치를 생각하면 쉬워요. 우리가 스위치를 껐을 땐 회로가 열려 있는 상태라 불이 꺼지고, 스위치를 켜면 회로가 닫히면서 불이 켜진답니다.
기자단 친구들이 만든 회로엔 스위치는 없지만 부품의 연결 고리가 마치 스위치처럼 회로를 열고 있었어요. 회로를 만들 때 모든 부품의 연결 고리를 겹쳐서 끼웠는데, 연결 고리끼리 딱 붙어 있지 않고 붕 떠 있는 경우 전자가 흘러갈 수 없었던 거죠. 그럴 땐 고무 마개를 이용해 연결 부위를 꼭 눌러 주면 다시 회로가 닫히면서 전류가 흐르게 된답니다.
기자단 친구들은 회로를 이용해 저마다 원하는 물건을 만들었어요. 뚜껑이 닫혀 있을 땐 소리가 안 나다가 뚜껑을 열면 소리가 나는 멜로디 상자나, 어두운 곳에 가면 불이 켜지는 스마트 자동차를 만들기도 했죠.
실험에 참가한 송채원 친구는 “어두운 곳에 가면 절로 불이 켜지는 손전등을 만들어 보았는데 집에 가서 실험해 볼 것”이라고 소감을 말했답니다.
섭섭박사님의 멋진 발명품 만들기, 대성공! 다음엔 또 어떤 실험이 기다리고 있을까요? 다음 실험도 많이 기대해 주세요~!
