정전기가 일어나 바지나 치마가 찰싹 달라붙어 곤란했던 경험이 있을 것이다. 왜 이런 일이 일어날까?
전기현상을 인간이 처음 발견하게 된 것은 지금부터 2천5백년 전쯤의 일이다. 지금의 터키 서해안에 있던 마그네시아지방의 양치기 소년이 주운 이상한 돌을 그리스 철학자 탈레스가 유심히 관찰해 발견한 것이 자석이다. 또 털가죽으로 비빈 호박(보석의 일종)에 가벼운 종이나 깃털을 접근시키려면 서로 붙게 된다. 그후 오랜 세월이 지난 뒤 두 현상 사이에 어떤 관련성이 있다는 것을 알게 되었다.
실험준비물 : 플라스틱 빗 또는 책받침, 명주나 털가죽, 유리병. 알루미늄 포일을 길게 자른 다음 유리막대에 걸쳐 놓아 검전기를 만든다.
문제
① 빗이나 책받침을 털가죽에 비빈 뒤(구하기 어려우면 머리털에 비벼도 된다) 검전기 가까이 가져가면 금속박이 벌어진다. 이는 정전기 유도 때문인데 대전된 빗을 떼면 어떻게 될까?
① 금속박이 붙는다.
② 금속박이 떨어진다.
③ 금속박이 떨어졌다 붙는다.
④ 금속박이 붙었다 떨어진다.
② 선장은 우주선에 이상이 생겼음을 느꼈다. 그 이유는 강한 전기장 때문이었다. 그리고 소행성들은 중앙의 태양을 향해서 소용돌이를 치면서 빨려 들어가고 있었다. 태양 아주 가까운 곳에서는 번갯불을 닮은 섬광이 소행성과 태양 사이에서 번뜩이고 있었다. 섬광을 받은 소천체는 산산조각이 돼 흩날려 갔다. 선장은 곧 엔진을 다 열고 진로를 바꾸려 했지만 잘 움직여지지 않고 자꾸만 끌려 들어가기 시작했다. 자, 어떻게 하면 선장은 우주선을 무사히 구출할 수 있을까?
① 우주선 밖으로 나와 앞부분을 방전시킨다.
② 단념하고 조용히 기다린다.
③ 우주선의 방향을 1백80도 회전시킨다.
④ 소행성 쪽으로 약간 방향을 바꾼다.
③ 건조한 겨울철 치마에 정전기가 생겨 자꾸 달라 붙는 것을 경험한 여학생들은 그 방지책으로 다리에 로션을 바른다고 한다. 어떤 원리로 정전기를 방지해 주는걸까?
① 로션에는 정전기를 흡수하는 (＋)전하가 풍부하다.
② 피부와 옷이 직접 마찰되는 것을 막아주기 때문이다.
③ 로션에서 증발한 수증기가 옷과 피부사이를 왔다갔다하면서 전하를 옮겨주기 대문이다.
④ 치마 섬유질의 전기적 성질을 로션이 순간적으로 바꿔주기 때문이다.
우리 생활 주변에서 정전기 유도 때문에 일어나는 현상을 흔히 목격할 수 있다. 그러나 주의깊게 보지 않기 때문에 그것이 왜 그렇게 되는지 모르고 넘어가는 경우가 많다. 텔레비전의 브라운관을 청소하다 보면 시커멓게 먼지가 묻어나오는 것을 본 적이 있을 것이다. 그 이유가 무엇일까.
④ TV를 켜다가 순간적으로 브라운관으로부터 움찔할 정도의 정전기를 느껴본 적이 있을 것이다. 또 유달리 브라운관에 먼지가 잘 달라붙는 것도 본 적이 있을 것이다. 이 두 현상 사이에는 어떤 관련이 있는 것이 아닐까. 그렇다면 구체적으로 어떤 원리에 의해 이런 현상이 나타나는 것일까?
① 브라운관의 안쪽에 전기를 발생시키는 물질을 발라 놓았기 때문이다.
② 뒤쪽에 있는 전자총에서 출발한 전자들이 브라운관 벽에 많이 달라 붙어 전기적으로 (－)전하를 띠기 때문이다.
③ 브라운관 앞면을 이루는 물질이 전하를 잘 띨 수 있는 플라스틱으로 돼 있기 때문이다.
④ 먼지의 종류에 따라 다르다. 대개 전기를 잘 띠는 것들이 달라 붙어 있게 된다.
정답
① ② 플라스틱 빗을 털가죽으로 문지르면 (－)전하를 띠게 된다. 책받침을 옆구리에 끼고 문지른 뒤 머리털에 대면 머리카락이 끌려오게 된다. 어떤 물체가 전하를 띠었는지 알아 보려면 검전기를 활용해야 한다. 그런데 검전기의 위판에 (－)전하를 띤 빗을 갖다 대면 빗에 있던 전자가 알루미늄 호일을 타고 들어가 금속박은 벌어지게 된다. 이때 빗을 떼어도 미처 빗으로 돌아가지 못한 전자들 때문에 호일은 계속 벌어져 있게 된다.
② ④ 이 문제는 대전된 물체 주위에서 실제로 일어날 수 있는 상황을 우주선과 대전된 태양이라는 가상적인 상황으로 재구성해 본 것이다.
㉠ 태양을 향해 끌려가던 우주선이 소행성 쪽으로 기수를 돌려 접근, 소행성과 부딪칠 정도로 가까운 거리에 다다르자 우주선과 소행성 사이에서 방전이 일어났다.
㉡ 그러자 (－)로 대전됐던 소행성이 태양으로 끌려 들어가고 우주선은 (＋)로 대전되었다.
㉢ 태양과 같은 (＋)전하를 띠게 된 우주선이 여유있게 빠져 나간다.
③ ② 치마에 정전기가 생기는 이유는 피부와 옷감이 직접 마찰되기 때문이다. 그것을 방지하려면 피부와 옷감이 직접 마찰되는 것을 막아줘야 한다. 또 정전기 방지 스프레이를 뿌리는 방법도 있다. 습기를 모으기 쉬운 물질(친수성 물질)을 뿌림으로써 그 주변에 모여있던 정전기가 쉽게 공기중으로 방전되도록 도와주는 것이다.
④ ② 브라운관은 전체적으로(－)전하를 띤다. 뒤쪽에 위치한 전자총에서 날아온 전자들이 많이 달라 붙어 있기 때문이다. 이 먼지들은 정전기유도 덕분에 잘 달라 붙어 있게 된다. 이는 책받침에 묻은 먼지가 잘 떨어지지 않는 이유와 같다.
정전기 유도
정전기유도란 대전체를 도체나 부도체에 가까이 대었을 때 대전체 가까운 쪽에는 대전체가 띤 전하와 반대 전하가 유도되고, 먼 쪽에는 같은 종류의 전하가 유도되는 현상을 말한다.
