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겨울철 찌릿하게 온몸으로 감전을 맛보게 하는 정전기. 이를 적극적으로 활용해서 문제를 해결할 방법이 있다. 모험이와 슬기가 선보이는 정전기 여행을 따라가보자.
 

바깥에 나갔다가 방금 집으로 돌아온 모험이와 슬기는 외투를 벗는 순간 찌릿한 느낌에 화들짝 놀란다.

슬기: 앗! 정전기 땜에 요즘 옷 벗는 일에 신경질이 날 정도야.

이때 엄마가 봉투를 하나 가져와서 모험이와 슬기에게 건네준다.

엄마: 너희들 앞으로 온 편지인데, 발신자가 도인이라나. 너희가 도인도 알고 있니?

모험: 아! 그래. 1년 전에 우리가 만났던 도인인가보다. 무슨 내용 일까. 슬기야 빨리 편지 뜯어보자.

지난해에 모험이와 슬기는 도인으로부터 보물나라에 대한 비문을 건네 받고 보물찾기 여행을 떠난 적이 있었다. 그래서 이번에는 도인이 그들에게 어떤 내용의 편지를 보냈는지가 사뭇 기대되지 않을 수 없었다.

「모험이와 슬기에게 

오랜만이군. 잘지냈나? 이번에 모험이와 슬기에게 권하고 싶은 곳은 바로 '정전기 성'일세. 만약 모험이와 슬기가 이곳 탐험을 성공한다면 정전기 성 가장 안쪽에 위치한 보물의 방으로 들어갈 수 있지. 그러면 방 안을 가득 채운 금은보화는 모두 모험이와 슬기의 것이 되네.

보물의 방가지 가기 위해서는 세개의 관문을 통과해야 하네. 첫번째 관문…, 두번째 관문…, 세번째 관문….

나는 모험이와 슬기가 정전기 성의 탐험을 무사히 마칠수 있을 것이라고 생각하는데…. 좋은소식 기다리겠네.」

모험이와 슬기는 어떻게 정전기 성의 세관문을 통과할까.


정전기봉으로 대문 따기

첫번째 관문은 정전기 서의 대문을 통과하는 것. 대문을 따는 열쇠는 따로 없네. 오로지 양쪽 문고리에 전기를 흘려줘야 하는 것일세. 그러나 이곳에는 전기를 모아놓은 어떤 장치를 가져갈 수 없네. 따라서 슬기와 모험이는 전기를 만들어 낼 수 있어야 하네.


외눈 괴물 홀리는 정전기 모터

두번째 관문은 정전기 성외 안쪽 문을 통과하는 것. 이 문은 눈이 한개인 굄루이 지키고 있네. 괴물의 눈은 항상 문을 향해 있지. 괴물을 물리칠 수는 없네. 덩치가 어마어마하거든. 방법은 괴물의 눈이 문을 바라보지 않고 딴 곳을 볼 수 있도록 유인하는 것일세. 괴물은 돌아가는 물체를 보면 무척 좋아하네. 따라서 뭔가 회전하는 물체를 만들어야하지. 괴물이 회전하는 물체를 보는데 정신이 팔려있는 동안 모험이와 슬기는 문을 통과할 수 있을 걸세.


공중에 뜨는 정전기 오징어

괴물이 지키는 물을 통과해 들어가면 마지막 관문으로 공주에 물체를 오랫동안 띄워야 하는 문제가 기다리고 있을 걸세. 띄우는 물체에는 제한이 없지만 입으로 부는 것처럼 바람으로 물체를 띄워놓으면 안된다는 조건이 있네. 공주에 띄워야 하는 시간은 5분이네.


■ 왜 그럴까?

■■■ 마찰을 시키면 왜 전기가 생길까

두 물체를 서로 비벼 마찰시키면 전기를 띤다(대전). 이때 전기가 흐르지 않고 머물러 있다고 해서 정전기라고 한다. 정전기는 인류가 만들어낸 가장 오래된 전기다. 기원전 600년 경 밀레투스의 탈레스는 호박을 마찰시키면 가벼운 물체를 잡아끈다는 사실을 알아냈다. 호박을 의미하는 희랍어의 엘렉트론(elektron)에서 전기(electricity)라는 의미가 나온 것이다.

왜 물체를 마찰시키면 전기를 띠게 될까. 물체는 원자로 구성돼 있다. 그리고 원자는 (+)전기를 띠는 원자핵과 (-)전기를 띠는 전자로 나뉘고 전체 원자는 전기적으로 중성이다. 그런데 일부 전자는 원자핵에 구속돼 있지 않고 자유로이 움직일 수 있다. 그래서 물체를 마찰시키면 이 전자가 다른 물체로 이동하게 돼 물체의 전기적인 중성이 깨지고 만다. 즉 전자가 이동해가는 물체는 (-)전기를, 전자를 잃은 물체는 (+)전기를 띠게 된다는 말이다.

두 물체를 마찰해 정전기를 발생시킬 때, 어떤 물체가 어떤 전기를 띠게 되는가를 알려주는 지표가 대전열이다. 예를 들어 유리와 나무를 비비면 유리는 (+)전기, 나무는 (-)전기를 띤다.

대전열
(+) 털가죽 - 상아 - 유리 - 명주 - 나무 - 솜 - 고무 - 셀룰로이드 - 에보나이트 (-)

정전기봉의 경우 PVC관을 헝겊으로 문지르면 PVC관은 (-)전기를 띠게 되고, 이 전기는 PVC소켓에 붙인 알루미늄 테이프에 모인다. 이때 알루미늄 테이프 부분에 집게전선을, 반대 쪽에도 집게전선을 붙여 전기를 발생시키는 전지처럼 사용할 수 있다.


■■■ 정전기 모터는 어떻게 돌아가는 것일까

플라스틱 막대를 화장지로 문지르면 막대는 (-)전기로 대전된다. (-)전기로 대전된 플라스틱 막대가 집전자에 살짝 닿을 때 전자가 집전자를 통해 플라스틱 컵 콘덴서로 이동한다. 따라서 콘덴서에는 (-)전기가 모이게 된다.

이 상태에서 콘덴서의 접촉자도 (-)전기를 띠게 되고, 정전기유도 현상에 의해 모터의 플라스틱 컵 압정에서 가까운 쪽에 있는 부분이 (+)로 유도된다. 따라서 플라스틱 컵의 압정이 콘덴서의 접촉자로 끌려오게 된다. 한 압정이 지나가면 다음 압정이 끌려오고, 이런 식으로 하여 컵이 회전하는 것이다. 이때 압정이 접촉자와 접촉하면서 전자는 압정으로 이동해간다. 그런 후 (-)전기로 대전된 압정이 회전해 접촉자의 반대쪽에 있는 방전자와 만나면 방전자에게 전자를 빼앗긴다. 전자는 알루미늄 선을 따라 다시 콘덴서로 이동해간다.


■■■ 비닐 끈은 왜 부풀어오를까

비닐을 화장지로 마찰시키면 화장지의 전자들이 비닐 끈으로 이동해 비닐 가닥들은 (-)전기로 대전된다. 마찰을 많이 시킬수록 전자를 많이 모을 수 있게 되고, 모아진 전자들은 마치 피뢰침의 경우처럼 비닐 가닥들의 끝으로 이동한다. 이때 가닥들 간에 같은 종류의 전기를 띠어 서로 미는 힘(척력)이 작용한다. 때문에 사방으로 퍼지는 정전기 오징어가 만들어진다.


■■■ 정전기 오징어가 오랫동안 공중에 뜨는 이유는 무엇일까

털가죽이나 화장지로 마찰시킨 플라스틱 막대는 비닐 끈과 마찬가지로 (-)전기를 띤다. 따라서 공중으로 던진 비닐 끈이 바닥으로 떨어지기 전에 플라스틱 막대를 비닐 끈의 아래 부분에 가까이 가져가면 서로 척력이 작용해 비닐 끈을 공중에 둥둥 띄울 수 있다.