정전기를 막아라! 정전기 방지제 만들기

무심코 스친 손이 찌릿하다. 니트를 벗기 위해 위로 들어 올리자 머리카락이 마구잡이로 뻗쳐오른다. 겨울철 불청객, 정전기다.

정전기는 마찰에 의해 잘 생긴다. 물체 표면의 전자를 쉽게 주고받을 수 있기 때문이다. 마찰로 인해 전기가 생길 때도 규칙은 있다. 두 물체를 마찰하면, 상대적으로 전자를 쉽게 잃고 양전기를 띠는 물체와 전자를 쉽게 얻어 음전기를 띠는 물체로 나뉜다. 예를 들면 털가죽 등 모피 종류는 전자를 쉽게 잃고, 플라스틱 종류는 전자를 쉽게 얻는다. 이를 순서대로 나열한 것을 ‘대전열’이라 하며 대표적인 대전열 순서는 다음과 같다.

(+) 털가죽-상아-유리-명주-나무-고무-플라스틱-에보나이트 (-)

정전기의 특성과 대전열 순서를 이용하면 정전기를 인위적으로 만들 수 있다. 그렇다면 정전기를 인위적으로 없앨 수도 있을까? 간단한 재료로 정전기 방지제를 만들어 보자.


[교과과정]
초등 3-1 날씨와 우리생활
초등 5-1 전기회로
중 1 정전기

[학습주제]
날씨와 정전기의 연관성 알아보기
정전기의 성질 이해하기
정전기를 방지할 수 있는 방법 찾아보기

<실험 방법 및 원리>



<실험동영상>
<


<실험 참고 사항>
* 에탄올은 약국에서 구입할 수 있습니다.
* EM 용액을 넣은 후 유화 현상으로 뿌옇게 흐려질 수 있습니다.
* 실험은 차고 건조한 날일수록 잘 됩니다.
* 아로마 오일은 취향에 맞게 골라서 사용하세요.


풍선을 니트 스웨터나 목도리에 문지른 후 머리 근처로 가져가면 머리카락이 풍선 쪽으로 들러붙는다. 이는 풍선과 털로 된 옷감 사이에 마찰전기가 생겼기 때문이다. 이때 대전열 순서를 보면 털로 된 옷감이 고무로 된 풍선보다 왼쪽에 위치한다. 즉 털로 된 옷감의 전자들이 풍선 표면으로 이동하면서 전기가 발생한다. 일단 전자가 이동하면 그 상태가 흐트러지지 않기 때문에, 마찰전기는 정지해 있는 전기인 정전기의 일종이라고 볼 수 있다.

이제 첫 번째 실험을 먼저 살펴보자. 털목도리에 문지른 풍선을 플라스틱 용기에 가까이 가져가면 용기 속에 있던 내용물, 잘게 자른 셀로판지 조각과 스티로폼 구슬이 풍선 쪽을 향해 솟아오른다. 풍선 표면에 마찰전기(정전기)가 발생했기 때문이다.

두 번째 실험에서는 목도리나 풍선에 정전기 방지제를 뿌리고 동일한 과정을 반복했다. 목도리에 잔뜩 마찰시킨 풍선을 플라스틱 용기 위에 가져다 댔지만 용기 속 내용물은 움직이지 않는다. 풍선에 잔뜩 붙어있는 전자에 약산성을 띠는 EM 용액을 뿌리면 전자에 방출되는 H⁺가 공급돼 전기적으로 중성을 띠게 된다. 때문에 플라스틱 용기 속 내용물은 떠오르지 않는다.

정전기 방지제에 사용된 EM(Effective Microorganism) 용액은 효모균, 유산균, 광합성 세균 등 자연계에 존재하는 많은 미생물을 수집해 조합․배양한 용액이다. 1982년 일본 류큐 대학의 히가테루오 교수가 개발했으며 1986년부터 국제적으로 보급되기 시작했다. EM 원액을 발효시키면 그 생성물에 항산화력이 생기는데, 그 활용도가 높다. 미생물 원액과 같은 효과를 내는 EM 용액을 이용하면 친환경 세제를 만들 수도 있다.

정전기는 일상생활에서 조금만 주의를 기울이면 쉽게 예방할 수 있다. 가장 쉬운 방법으로는 정전기가 좋아하는 건조한 환경을 피하면 된다. 실내에서는 가습기를 틀거나 젖은 빨래를 널어놓아 적절한 습도를 유지해 주고, 빨래를 할 때는 섬유유연제를 사용하는 것이 도움이 된다. 또 머리를 말릴 때 드라이기를 사용하거나 수건으로 비벼 말리기보다는 자연 건조시키는 것이 좋다. 손이 건조한 상태에서 어떤 물체와 접촉해야 한다면, 동전과 같은 금속성 물체로 먼저 톡톡 건드려 전자가 빠져나가도록 한 후 잡는다.

또 정전기는 마찰로 인해 잘 생기기 때문에, 대전열 순서를 기억하고 있다가 이용하면 정전기 발생을 줄일 수 있다. 어떤 제품을 이용할 때 전자를 쉽게 얻는 소재보다는 전자를 쉽게 잃는 소재를 사용하는 것이다. 예를 들어 머리를 빗을 때는 플라스틱 소재보다는 고무나 나무로 된 빗을 사용하고, 나일론이나 아크릴, 폴리에스테르와 같은 합성섬유보다는 털가죽이나 명주, 실크, 면 등의 천연섬유로 된 옷을 입는 것이다.

천연섬유는 합성섬유에 비해 물과 친화성이 좋다. 특히 실크 분자구조는 친수기라고 불리는, 물과 결합하기 쉬운 원자단을 가지고 있어 흡수 능력이 면보다 1.3~1.5배 뛰어나다. 옷을 보관할 때는 정전기가 잘 생기는 합성섬유 옷 사이사이에 정전기가 잘 안 생기는 천연섬유를 보관하고, 모직코트는 비닐 커버보다 면 커버를 씌워놓는 것이 좋다.

플라스틱 빗을 사용할 경우는 물을 살짝 묻혀 사용해도 정전기를 방지할 수 있다. 수증기는 전기친화성을 갖고 있어 주변의 전하를 띠는 입자들을 전기적 중성 상태로 만들어 버리기 때문이다. 이렇듯 정전기의 원리를 알고 미리 대처하면 올 겨울, 깜짝 놀랄 일을 줄일 수 있을 것이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트

 

 

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[실험] 정전기 꼼짝마! 미니 검전기 만들기

털목도리를 칭칭 감고 나갔다가 실내에 들어와 푸는 순간 머리카락이 한 올 한 올 살아나 목도리를 향해 달라붙는다. 머리카락을 정리하려고 빗으로 머리를 빗자, 이번엔 빗을 향해 머리카락이 달라붙는다. 간신히 머리카락을 진정시키고 방문 손잡이에 손을 올리자, 갑자기 손끝으로 전해지는 찌릿함. 화들짝 놀라 방에 들어가는 걸 포기하고 거실 소파에 털썩 주저앉는다. 마침 TV를 보던 동생이 자신이 먹던 과자봉지를 건넨다. 동생과 손끝이 닿는 순간, ‘따닥’ 소리와 함께 다시 한 번 손끝에 느껴지는 찌릿함. “에잇, 안 먹어~.”

쉽사리 진정되지 않는 머리카락과 손끝으로 전해지는 톡 쏘는 아픔의 정체, 이 일련의 상황들은 모두 ‘정전기’ 때문이다. 찬바람이 부는 계절이 돌아오면 유독 정전기 현상이 심해진다. 그 이유는 무엇일까. 정전기를 이용한 실험을 통해 정전기에 대해 알아보자.


[교과과정]
초등 5-1 전기 회로
중 1 정전기
중 3 전류의 작용

[학습주제]
전기의 특징 알아보기
정전기유도현상 이해하기
주변에서 정전기 현상 찾아보기

<실험 방법 및 원리>




<실험 동영상>


* 실험 참고사항 : 포일은 칼로 자를 경우 찢어지기 쉬우니 가위를 사용해 자르는 것이 편리하다.

주변에서 간단한 재료를 사용해 만들어 본 검전기(檢電器)는 물체나 전기 회로에 전기가 있는지 검사할 수 있는 장치다. 풍선을 목도리에 비벼 마찰시킨 후 검전기에 가져다 대자, 알루미늄 포일 조각이 양 옆으로 활짝 벌어졌다. 풍선을 떼면 포일 조각은 서서히 가라앉고, 다시 가까이 가져가면 활짝 벌어진다. 이는 전기가 발생했다는 것을 뜻한다.

두 물체를 단지 마찰시키기만 했는데, 어떻게 전기가 발생한 걸까. 모든 물체는 원자로 구성돼 있다. 이 원자는 다시 (+) 전기를 띠는 원자핵과 (-) 전기를 띠는 전자로 나뉜다. 전체 원자는 전기적으로 중성을 띠고 있지만, 일부 전자는 자유롭게 움직일 수 있다. 물체를 마찰시키면 이 전자가 다른 물체로 이동하며 전기적인 중성이 깨지게 된다. 전자를 받은 물체는 순간적으로 (-)극이 되고 전자를 잃은 물체는 (+)극이 되는 것이다. 이렇게 두 물체를 서로 비벼 마찰시켰을 때 발생하는 전기를 정전기라고 한다.

정전기는 인류가 만들어 낸 최초의 전기다. 정전기의 가장 오래된 기록은 기원전 600년 경, 탈레스가 호박을 천으로 닦다가 작은 먼지들이 더 많이 달라붙는 현상을 보고 발견했다고 알려져 있다. 탈레스는 이를 통해 물체를 마찰시키면 가벼운 물체를 잡아끈다는 사실을 알아냈다. 전기(electricity)의 어원도 호박을 의미하는 희랍어의 엘렉트론(elektron)에서 만들어졌다.

정전기는 겨울에 더 많이 발생하는데, 그 이유는 습도와 관계가 있다. 춥고 건조한 겨울에는 옷 속에 쌓인 전기가 공기 중에 흡수되지 못하고 그대로 있기 때문에 정전기가 발생하기 쉽다. 반면 습도가 높은 여름에는 옷 속에 전기가 쌓이기 전에 피부를 통해 공기에 있는 수분으로 빠져나간다.

그렇다고 여름에 정전기가 발생하지 않는 것은 아니다. 습도가 10∼20%일 때 발생하는 정전기의 전압이 약 3만 5,000V라면, 습도가 60~90%일 때 발생하는 정전기의 전압은 약 1,500V로 미약하기 때문에 정전기를 잘 느끼지 못하는 것이다. 일반적으로 3,000V의 정전기가 손에 흐르면 침으로 찔린 듯한 가벼운 통증을 느끼게 된다.

정전기의 순간 전압은 높지만 전류가 거의 흐르지 않아 우리 몸에 큰 위험은 없다. 그렇다 해도 겨울철 잦은 정전기는 신경 쓰이기 마련이다. 한편으로 정전기 현상은 우리 일상생활을 더 편리하게 만들어주기도 한다. 먼지떨이나 비닐 랩, 공기청정기, 자동차 도색, 복사기 등은 모두 정전기 현상을 활용한 것들이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트
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겨울에는 추위를 막아주는 털옷이나 스웨터가 없어서는 안 될 필수품이 되지만, 입고 벗을 때 따끔하게 튀기는 불꽃은 우리를 깜짝 놀라게 만들곤 한다. 사계절 중에서도 건조하고 습도가 낮은 겨울에 많이 생기는 불청객, 정전기! 하지만 이러한 정전기가 있기 때문에 우리가 생활을 조금 더 편리하게 할 수 있는 것이다.

정전기의 원리를 이해하기 위해서는 우선 (+)전하와 (-)전하의 이동에 대해 생각하면 쉬워진다. 물질을 구성하고 있는 원자는 (+)전하를 띠고 있는 양성자의 수와 (-)전하를 띠고 있는 전자의 수가 같기 때문에 전기를 띠지 않는 중성이다. 이와 달리 마찰 후 두 물체가 서로 다른 전기를 띠게 되는 것을 마찰 전기라 하고, 다른 물체로 이동하지 않고 물체 위에 정지하고 있기 때문에 정전기라고도 한다.

일상적으로 자주 사용하고 우리 곁에 흔하게 두고 쓰는 복사기도 바로 이 정전기의 원리를 이용한 것이다. 복사기는 1936년 미국에서 전자회사 직원이었던 체스터 칼슨에 의해 발명되었다. 그가 발명한 복사기의 원리는 토너의 검은 탄소가루가 정전기에 의해 쇠로 만든 원통(드럼)에 달라붙었다가 다시 정전기에 의해 종이 위에 달라붙게 하는 것이다.

복사기 유리 위에 원본 종이를 얹어 복사버튼을 누르면 불빛이 지나가면서 종이에 그 빛이 닿았다가 드럼 쪽으로 반사된다. 드럼의 표면에는 반도체 물질인 셀레늄이 발라져 있는데, 셀레늄은 평소에는 (+)전하를 띠지만 빛을 받으면 (-)전하를 띠는 성질이 있다. 종이의 흰 부분에 반사된 빛이 드럼에 닿으면 (-)전하를 띠고, 글자가 있는 검은 부분은 빛을 모두 흡수하기 때문에 반사되지 않는다.

토너의 검은 탄소가루를 전류로 (-)전하를 띠게 만들어 글자가 있는 검은 부분에만 달라붙도록 한다. 이 과정을 거친 후 종이를 다시 밀착시켜 종이 뒤에서 강한 (+)전하를 발사하면 드럼에 붙어 있는 (-)전하의 토너가루는 종이로 다시 옮겨 붙는다. 여기에 180도 정도의 열을 가하면 토너가루 입자들은 종이에 영원히 달라붙게 된다. 고온의 열 때문에 방금 복사한 종이가 따뜻한 것이다. 최근에 사용되는 컬러 복사기 역시 동일한 원리로 노랑, 빨강, 파랑의 삼원색의 컬러 토너가루를 사용하여 기본 작업을 세 차례 이상 반복하여 복사된다.

정전기의 힘은 중력이나 마찰력만큼이나 우리가 사는 세상을 지배하고 있다. 전자와 전자가 서로 밀치는 힘은 물체들이 서로 뒤섞이지 않게 하는데 이를테면 손가락이 물체를 뚫고 지나갈 수 없는 것은 손에 있는 전자를 물체의 전자가 밀쳐내기 때문이다. 우리가 만지는 것들은 모두 정전기의 힘이 작용되는 것이다.

머리를 빗고 난 뒤 머리카락이 사방으로 뻗치는 현상도 같은 원리이다. 빗과 마찰한 머리카락은 빗과 서로 다른 전기를 띠게 되는데, 머리카락들이 모두 같은 전기를 띠게 되므로 머리카락 사이에는 밀어내는 힘인 척력이 작용하여 서로 밀어내게 되는 것이다. 그리고 이런 현상은 건조한 겨울에 더 심하다.

남자는 정전기가 4,000볼트 이상이 되어야 느끼지만 여자는 2,500볼트 정도만 되어도 느끼고, 남자보다 여자의 피부가 민감하여 쉽게 건조해져 정전기가 나타나기 쉽다. 땀을 많이 흘리는 뚱뚱한 사람보다 마른 사람과 노인에게서 정전기가 더 잘 생기는 까닭도 건조함 때문이다.

정전기는 흐르지 않고 멈춰 있을 때 그 위력을 발휘할 수 있으므로 가장 좋은 방지법은 정전기를 흐르게 만드는 것이다. 머리빗으로는 플라스틱, 금속으로 된 빗보다 나무로 된 빗을 사용하고, 털옷, 스웨터 등의 외투 안이나 소매 끝에 클립을 끼워두면 정전기가 생기지 않는다. 클립이 몸에 생긴 정전기를 모아 방전시켜주는 역할을 한다. 땅에 쇠사슬이 끌리게끔 달아놓은 자동차도 정전기 방전을 위한 것이다. 도체로 만들어진 쇠사슬을 달아놓으면 자동차가 달리는 동안에 공기와의 마찰로 인해 자동차 표면에 발생하는 정전기를 쇠사슬을 통하여 땅으로 흐르게 한다.

가끔 우리를 깜짝 놀라게 하는 정전기가 없어졌으면 좋겠다고 생각할 때도 있지만 그러기엔 유용한 면이 훨씬 많기에 우리에게 정전기란 필수불가결한 존재이다. 생활의 작은 불편함을 어쩔 수 없다고 생각하면서 넘기기보다는 소소한 지식을 활용하여 대처하는 현명함을 가져보는 건 어떨까.

글 : 이상화 과학칼럼니스트


ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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