전기의 기초

1. 원자의 구조

 

원자의 구조는 중심에 핵이 있고 그 둘레에 음전기를 가진 전자가 유성이 태양의 궤도를 돌듯이 빙빙 돌고 있다고 가정한다. 원자핵은 (+)의 양성자와 (0)의 중성자로 되어 있는데 원자핵의 질량은 전자보다 무거워 원자의 중심이 된다. 전자가 돌고 있는 길을 궤도라 하고 순서대로 2, 4, 8 등의 배열을 갖는다. 전자가 많아질수록 궤도는 증가하고 바깥쪽 궤도의 전자들은 핵에서 멀어져 약한 핵력으로 인해 이탈이 쉬워진다.

 

 

 2. 전자의 크기와 중성 상태

 

전자의 크기는 대단히 작으며 그 질량은 9.1091x10의 -31승 [kg]이고, 양자 및 중성자는 전자 질량의 1840배이다.

물질은 원자핵이 가진 양전기와 전자가 가진 음전기의 양이 같기 때문에 서로 상쇄되어 전기적 성질을 띠지 않는 상태를 중성 상태라고 한다.

 

 

3. 자유전자

 

원자의 구조에서 제일 바깥에 돌고 있는 원자로부터 분리되어 자유로이 돌아다닐 수 있는 것도 있으며 외부에서 열이나 빛 마찰을 가하면 궤도를 이탈하여 자유로워지는 전자를 자유전자라고 말한다. 전기의 여러 현상은 자유전자의 움직임에 의한 것이 많으며 어떤 중성 물질에서 자유전자가 튀어나오면 물질은 양전기가 우세하여 (+) 전기를 띠게 되며 반대로 전자가 들어오면 (-) 전기를 띠게 된다.  전자가 에너지를 얻어서, 에너지가 증가하면, 금지대를 벗어나 자유전자가 되고 자유전자는 원자 사이를 이동하게 된다. 이렇게 생긴 전기를 전하라 한다. 이렇게 원자가 전자를 잃거나 얻어서 전기적인 성질이 (0)에서 (+), (-)로 변한 것을 대전되었다고 말하고 대전된 물체를 대전체라 한다.

 

 

4. 정전기

 

전기가 물질에 정지되어 있는 상태를 정전기라 한다. 정지되거나 움직이지 못하는 전기라는 뜻이다. 정전기 현상에 대한 가장 오래된 기록은 고대 그리스의 철학자 탈레스가 양의 가죽으로 호박을 닦을 때 생긴 현상을 적어 놓은 것이다. 이 때문에 영어로 '전기'를 뜻하는 'electric~'이라는 말은 그리스어로 '호박(electron)'에서 유래한 것이다. 종이나 나무, 금속, 플라스틱 등 모든 물질들을 잘게 쪼개고 또 쪼개면 ' 원자'라는 아주 작은 알갱이 단계에 이르게 된다. 원자는 전자와 양성자라는 더 작은 알갱이들로 이루어져 있다. 이 알갱이들의 수가 적으냐에 따라 물질의 전기적 성질이 좌우된다. 보통 상태에서는 전자와 양성자의 숫자가 서로 균형을 이루어서 전체적으로는 중성을 띠게 된다. 그러나 물체가 외부와의 마찰이나 다른 특별한 힘을 받게 되면 이것들이 어느 한 곳으로 몰려서 그 물체가 양전하나 음전하를 띠게 된다. 이 전하들이 전선 같은 도체를 타고 흘러 다니는 것이 우리가 알고 있는 전기이다. 그런데 이 전하들이 흘러 다니지 못하고 한 곳에 고여 있는 것, 그것이 바로 정전기인 것이다. 또한 정전기는 마찰 전기의 일종이다. 마른 머리카락을 빗으면 머리카락은 빗에 달라붙어 따라온다. 머리카락과 빗의 마찰로 인해 전기가 발생했기 때문이다. 이렇듯 물체의 마찰로 발생한 전기를 마찰 전기라고 한다. 인체는 의복과 마찰 등으로 늘 전하가 생긴다. 정전기는 특히 겨울에 유난히 많이 발생을 하는데 옷을 입을 때 등의 경우에 정전기가 많이 일어난다. 정전기를 느끼는 정도는 사람마다 크게 다르다. 젊은 사람보다는 피부가 건조한 노인들이 정전기로 고생하는 경우가 많으며, 남자보다 여성이 더 민감하게 느낀다. 남자는 4,000 [V] 이상 돼야 정전기를 느끼는 반면, 여성은 2,500 [V]만 돼도 느낄 수 있다. 정전기 발생을 근본적으로 해결하는 방법은 없다. 실내에 가습기를 틀어 습도를 높여주고 손을 자주 씻는 것도 정전기를 줄이는 방법이다. 또한 빨래할 때 정전기를 줄여주는 섬유 유연제, 정전기 방지 스프레이와 정전기 방지 기능을 포함한 구두 등도 도움이 된다.

 

 

* 겨울에 정전기가 많은 이유

 

겨울이면 유난히 우리 몸에 정전기가 많이 생기는 이유가 무엇일까? 정전기는 우리 몸에 늘 생긴다. 그런데, 습기가 많으면 이것이 전기가 흘러갈 수 있는 도체 구실을 해서 정전기를 수시로 방전한다. 이 때문에 습도가 높은 여름에는 정전기를 덜 느끼게 된다. 면으로 만든 옷보다는 털로 만든 옷, 자연 섬유보다는 인공 섬유가 습기를 머금는 성질이 적기 때문에 정전기가 더 많이 발생한다. 겨울철에 옷을 보관할 때 신문지를 옷사이에 끼워두거나 털옷과 면옷을 교대 교대로 걸어 놓으면 정전기를 조금은 방지할 수 있다.

 

 

전공서적에서 공부한 내용을 정리하여 올려두었는데 도움이 되었으면 좋겠습니다.