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"내 업적과 성과는 미래에서 평가받을 것이다."

현재 우리는 어디서나 전기를 공급받을 수 있고, 선 없이도 휴대전화를 충전할 수 있습니다. 
이 기술은 모두 위대한 발명가인 니콜라 테슬라가 생각하고 구현하기 위해 노력한 것으로, 그의 노고가 현실화돼 우리가 더 편리한 삶을 누리고 있습니다. 이를 미리 알았던 건지, 테슬라는 생전에 위와 같은 말을 남겼습니다. 160여 년이 지난 지금, 다시금 재평가받고 있는 테슬라! 그의 삶은 어땠을까요?

1880년 후반, 전기의 아버지로 유명한 토마스 에디슨이 설립한 회사에 근무하던 한 청년이 에디슨에게 맞섭니다. ‘교류 전기 시스템이 에디슨의 직류 전기 시스템보다 경제적’이라고 주장한 겁니다. 

당대 최고의 발명가이자, 사업가인 에디슨의 발명품에 이름도 알려지지 않은 젊은 전기 기사가 이의를 제기한 것은 엄청난 사건이었습니다. 이 청년이 바로 시대를 앞서간 천재로 불리는 니콜라 테슬라입니다. 

테슬라는 결국 에디슨의 회사에서 나와 다른 기업 소속으로 에디슨의 직류 전기 시스템에 반기를 듭니다. 그리고 전력 시스템의 표준 자리를 두고  ‘전류 전쟁’이라고 불리는 경쟁을 시작하죠. 

전류 전쟁은 전기를 공급할 때 직류와 교류 중 어떤 것이 더 나은지를 두고 경쟁했던 사건입니다. 이때 테슬라는 교류 전기 시스템이 경제적으로 이득이라고 주장했고, 에디슨은 직류 전기 시스템이 더 안전하다고 주장했는데요, 두 시스템은 어떻게 다른 걸까요? 

에디슨은 전류 방향이 일정하고 전압의 변동이 없는 직류 전기 시스템이 교류 전기 시스템보다 안전하다고 설명했습니다. 하지만 직류 전기 시스템은 여러 집을 거칠수록 전력 손실이 더해져 많은 집에 전기를 공급할 수 없는 단점이 있었습니다. 전기는 발전소에서 생산되고, 전선을 타고 각 집으로 전송되는데 이때 전력의 손실이 발생하거든요. 따라서 발전소에서 먼 곳에는 전기를 공급할 수 없었죠. 그렇다고 발전소를 도시 곳곳에 지을 수도 없는 노릇이었습니다.  

이에 반해 테슬라의 교류 전기 시스템은 전류의 주기와 방향이 계속해서 바뀌지만, 변압기를 사용해 원하는 전압으로 바꿀 수 있어 아주 먼 곳까지 보낼 수 있었습니다. 발전소에서 1000V밖에 만들어내지 못해도 변압기를 사용해 10000V까지 전압을 올려 송전할 수 있거든요. 또 교류 전기 시스템은 직류 전기 시스템과 달리 병렬 방식으로 연결하면 모든 전선에 똑같은 크기의 전압을 보낼 수 있습니다. 그러니 집을 거치면서 전력의 손실이 발생하지 않는 거죠. 

테슬라는 이 방법으로 모두가 저렴하게 전기를 사용할 수 있다고 주장했습니다. 오랜 주도권 싸움 끝에 교류 전기 시스템이 표준으로 인정 받으며, 테슬라 역시 업계에 이름을 알리게 되죠.

▲ PDF에서 고화질로 확인할 수 있습니다. 

아직 끝나지 않은 전류 전쟁

전류 전쟁에서 에디슨의 직류 시스템이 패한 결정적 이유는 전기를 멀리 보낼 수 없다는 것이었습니다. 발전소 주변의 반경 2km까지만 전기를 보낼 수 있었거든요. 직류 전기 시스템으로 전기를 멀리 보내려면 전압이 엄청 높아야 했는데 19세기 당시엔 그 기술이 없었고, 만들었다고 해도 높은 전압을 버틸 두꺼운 전선을 만드는 데 비용이 많이 들었죠. 

하지만 현재는 직류로 대량의 전기를 멀리 보내는 ‘초고압 직류 송전’ 기술과 전력 손실을 최소화하는 초전도 재료들이 나와 장거리 직류 송전이 가능해졌습니다. 

당시엔 몰랐던 교류 전기의 단점도 드러나고 있습니다. 교류 전기는 대형 발전소 한 곳에서 전기를 생산한 뒤 멀리까지 배달하기 때문에 넓은 지역을 전깃줄로 거미줄처럼 촘촘하게 이어야 하는데요, 이런 경우 전선 한 개가 끊어지면 그와 연결된 다른 전선 역시 도미노처럼 고장이 납니다. 때문에 작은 사고가 대형 정전사고로 번지죠. 그래서 몇몇 과학자들은 교류 전기 시스템보다 안전한 직류 전기 시스템을 사용해야 한다고 주장합니다.

전세계로 전기를 보내기 위해 인공 번개 개발

테슬라는 전류 전쟁 승리 이후에도 아무도 상상치 못한 아이디어를 꾸준히 내놓습니다. 그중 하나가 빛과 에너지, 정보를 전세계에 무선으로 전송하는 기술을 구상한 것입니다. 

1889년 독일의 물리학자 하인리히 헤르츠는 떨어져 있는 두 금속에 높은 전압을 가하면 두 금속 사이에 방전이 생겨 불꽃이 튄다는 것을 발견했습니다. 헤르츠는 그 사실을 발표하며 최초로 ‘전자기파의 존재’를 알리죠. 공기는 원래 전기가 통하지 않지만 전압이 매우 높아지면 순간적으로 전기 저항이 감소해 전류가 흐르게 되는데 이 현상을 방전이라 합니다. 

공기 중에 전기가 흐르는 전자기파에 큰 흥미를 느낀 테슬라는 ‘큰 발전소를 지어 무선으로 전세계에 전기를 공급한다’는 상상을 합니다.

그리고 헤르츠의 아이디어를 발전시켜 1891년 100V의 저전압을 수백 만V까지 끌어올릴 수 있는 ‘테슬라 코일’을 발명하죠. 테슬라 코일은 특정 진동수를 가진 물체에 같은 진동수의 에너지를 가하면 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상을 이용해 고전압을 일으키는 일종의 변압기입니다. 테슬라는 이 테슬라 코일로 더 많은 실험을 하기 위해 1899년 미국 콜로라도스프링스의 높은 곳에 실험실을 세웁니다. 이맘때쯤 우연히 번개에서 주기적인 파동을 측정하게 되고 지구가 도체로 사용될 수 있다는 것을 깨닫습니다. 그리고 도체인 지구에 전기를 흘려보내면 선 없이도 지구 반대편까지 전파를 보낼 수 있겠다고 생각하죠. 

이 구상을 실현하기 위해 연구실에서 3개의 테슬라 코일로 만든 확대 송신기를 제작해 수백만V의 높은 전압을 만드는 데 성공합니다. 이를 이용해 고전압 방전을 일으키는 인공 번개 만들기에 돌입하죠. 결국 테슬라는 약 40m의 인공 번개를 만드는 데 성공합니다. 

안타깝게도 인공 번개를 사용해 전세계로 전기를 보내는 테슬라의 꿈은 이루지 못했습니다. 하지만 테슬라는 자신이 만든 테슬라 코일로 실험하던 중 신호를 같은 진동수로 공명시키면 송수신이 가능해진다는 것을 발견했고, 후대 과학자들은 이 개념을 사용해 라디오나 TV를 발명할 수 있었답니다.

2020년 10월 21일에 개봉한 영화 ‘테슬라’는 전류 전쟁 이후의 테슬라의 모습을 중점적으로 그립니다. 테슬라는 위대한 업적에도 불구하고 다른 발명가들에게 특허권을 뺏기거나, 발명품을 상품화하지 못해 많이 알려지지 않았는데요, 무선 전기 기술이 각광 받으며 재조명 받는 테슬라의 업적을 영화에서 자세히 다룹니다. 테슬라 역은 명품 연기로 유명한 배우 에단 호크가 연기해 더욱 주목받았는데요, 호크의 모습으로 엿보는 테슬라의 삶은 어떤지, 과연 테슬라는 자신이 생각한 발명의 꿈을 다 이뤘을지 궁금하다면 영화 테슬라로 확인해보세요!