전기의 성질 및 속성(Nature of Electricity)

전기의 성질 및 속성(Nature of Electricity)

 

 

1. 전기의 성질 및 속성

많은 사람들이 (+)극과 (-)극이 있다는 것, (+)극 끼리만, (-)극은 (-)극 끼리만 어울린다는 것 만을 말할 것입니다. 하지만 우리가 생각하는 것 보다 훨씬 많은 성질을 가지고 있습니다. 굉장히 빠른 전기의 속도(+)에서 (-)로,(-)에서 (+)로 각각 움직이는 전류와 전자등과 같은 성질 말입니다. 이런 전기의 성질을 안다면 우리 생활에 쓰이는 전기를 더 편안하고, 안전하게 쓸수 있을 것입니다.

 

1) 전기도 이성을 좋아한다.

전기에는 플러스(+)전기와 마이너스(-)전기가 있는데, 종류가 다른 전기끼리는 서로 끌어당기지만, (+)전기끼리 또는 (-)전기끼리는 서로 밀어낸다. 전기도 이성을 좋아하는 모양이다.

전지의 양끝을 철사로 연결하면 전기가 흐르지만, 고무줄이나 실 같은 것으로 연결하면 흐르지 않는다.

이처럼 물질에 따라 전기가 잘 통하는 것이 있는 반면 통하지 않는것도 있다.

이를테면 구리, 쇠, 금, 은과 같은 금속은 일반적으로 전기가 잘 통한다. 이와 같이 전기가 잘 통하는 물질을 도체라고 하고, 유리나 사기, 고무, 플라스틱과 같은 전기가 잘 통하지 않는 물질을 부도체 또는 절연체 라고 한다.

그 밖에도 순수한 물은 부도체이지만 물에 소금이나, 산, 알칼리 등이 용해되어 잇으면 도체가 된다.

 

2) 전기는 매우 빠르고 밝다.

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전기가 이동하는 속도는 매우 빨라 빛과 같다고 한다. 즉 1초에 30만km를 갈수 있고, 지구를 7바퀴 반이나 돌 수 있는 속도이다, 그러나 전자가 이동하는 속도는 매우 느리다. 보통 1초에 1mm이하라고 한다. 그럼 전자의 이동에 대해 좀 더 상세히 알아보자.

동선 속에는 자유전자가 많이 채워져 있고, 이 자유전자들의 상태는 제멋대로 복잡한 모습들롤 있다.이 동선에 전지 따위로 전압을 걸면 전지의 (-)극에서 전자가 튀어나와 도체인 동선으로 돌아간다. 그때까지 동선의 양자와 전자는 수적 균형을 이루고 있어 안정된 상태이지만, 외부에서 전자가 침입했기 때문에 전자 사이에는 다소 혼란이 일어난다. 우선 전지에서 튀어나온 전자는 동선의 입구에서 가까운 원자와 부딪치게 된다. 전자와 부딪쳤다는 것은 일종의 에너지가 부여된 것으로, 부딪침을 당한 원자에서는 자유전자 하나가 튀어나가게 된다. 그리고 이렇게 해서 생긴 빈자리에는 전지에서 튀어나온 전자가 들어가 버린다.

 

한편 원자에서 튀어나온 전자는 다시 옆의 원자와 충돌하게 되고, 이것이 에너지를 부여하여 이 원자에서는 또 다시 자유전자가 튀어나가게 되는 연쇄 반응이 일어난다.

결과적으로 차례차례 밀려서 동선의 맨 끝까지 온 전자는 전지의 (+)극으로 들어가 버리게 되어 전기는 흐르는 것이다. 즉 동선에 한개의 전자가 뛰어들면 그 순간에 반대편의 전자는 쫓겨나게 된다는 식이다.

우리는 보통(어둡다, 밝다)하는 식으로 표현을 하지만, 따지고 보면 그 의미는 여러가지 이다. 이를 테면(전구는 촛불보다 밝다) 라고 할때 전구에서 나오는 빛의 양이 촛불의 빛의 양보다 많다는 의미이다. 또 (달빛보다 촛불이 밝다)라고 하면, 이것은 촛불곁에 가까이 가면 밝다는 의미로 장소의 밝기를 표현한 말이다. 광원에서 나오는 전체 빛의 양으로 비교한다면 달에 비해 촛불 같은 것은 문제도 되지 않기 때문이다.

 

밝기를 나타내는 말에 광도와 조도라는 것이 있다.

광원에서 발하는 빛의 양을 광속이라고 하고, 광속은 1초 동안에 광원에서 발사되는 빛의 양을 나타내며, 단위로는 루멘(lm)을 사용한다. 40W짜리 백열전구의 광속은 485lm 이지만 같은 전력인 40W짜리 형광등의 광속은 3,200lm이다. 이처럼 형광등쪽이 약 6배가량 광량이 많은 것을 알수 있다.

광원은 각도에 따라 빛의 세기가 다르다. 광원으로부터 어느 방향으로 얼마만큼 빛의 양이 나오고 있는가를 나타내는 것이 광도이다. 또한 전등에 가까이 가면 밝아진다는 표현은 빛이 닿는 면의 밝기를 두고 하는 말이며, 비추어지는 장소의 밝기를 조도라 하고 단위는 룩스[lx]를 쓴다.

 

3) 전기의 흐름은 물의 흐름과 비슷하다.

전기의 흐름은 물의 흐름과 매우 비슷하다. 그래서 흔히 물의 흐름에 비유해 설명하는 경우가 많다. 수위가 높은 물탱크 A와 수위가 낮은 물탱크 B를 연결해서 A에 들어있는 물을 파이프를 통해 B로 흘려 넣는다고 가정하자.

파이프의 콕을 열면 수위가 높은 탱크 A로부터 수위가 낮은 탱크 B로 물이 흐른다. 그러나 물은 양쪽 탱크의 수위가 같아지면 더이상 흐르지 않게 된다.

이처럼 물을 흐르게 하려는 힘은 A의 수위와 B의 수위차 즉(수압) 때문이다. 수압이 높을수록 흐르는 물의 힘이 세고 양도 많아진다. 전기의 경우도 이와 마찬가지라고 할 수 있다.

물탱크의 경우 파이프의 조건도 수량에 관계된다. 파이프가 가늘면 물이 흐르기 어렵고, 당연히 수량도 적어진다. 또 파이프의 안쪽이 평탄하지 않고 굴곡이 심할 경우 물의 흐름은 저항을 받아 쉽게 흐를 수 없을 것이다.

전기의 경우도 이와 비슷해서 도선의 굵기, 길이, 재질에 따라서 흐르는 전기의 양이 변한다. 이렇게 전기가 흐르기 어렵게 되는 정도를 전기저항 또는 단순히 저항[Ω] 이라고 한다.

 

4) 한바퀴 돌아오는 전기의 길

이제는 샐러리맨 중에도 오너 드라이버가 많아졌다. 아침에 차를 몰고 출근하는 코스는 대게 정해져 있다. 회사까지 가는 길이 여러 코스가 있을 경우, 되도록 빠른길을 택하는 것이 보통이다.

그러나 차가 밀리는 도로라면 다소 돌아가는 한이 있더라도 한가한 도로를 택하는 편이 시간 단축이 될것이다. 근무가 끝나면 다시 집으로 돌아오게 된다. 그러나 돌아오는 길은 반드시 출근 할 때의 코스와 같지는 않을 것이다. 도로의 조건에 따라 편하고 빠른 길을 택할 것이기 때문이다. 그러나 귀착점은 반드시 출발점인 자기 집이다. 이와 마찬가지로 전기도 흐르는 길이 있다. 전기를 내보내는 근원, 즉 전원(電原)에서 흐르기 시작하여 도중에서 작업을 하고, 다시 출발점인 전원으로 돌아오는 것이다. 이렇게 전기가 한 바퀴 돌아서 다시 출발점으로 되돌아오는 순환회선을 루프라고 한다.

 

도로에는 포장된 넓은 길도 있고, 좁고 울퉁불퉁한 골목길도 있듯이, 전기에도 이와 비슷한 현상이 있다. 이것이 바로 저항(抵抗)이다. 전원에서 나온 전기는 전구나 라디오, 세탁기 ,냉장고 등 전기기구를 만나 이들을 작동하게 하는 작업을 하는데, 이때 전기를 사용하여 작동하는 물체를 부하(負荷)라고 한다.

이렇게 전원에서 나와 부하를 거쳐 다시 전원으로 돌아오는 루프를 우리는 흔히 (전기를 쓴다)는 식으로 표현한다. 그 때문에 전원에서 나온 전기가 전기기구를 작동시키게 되면 점점 전류가 적어져서 전원으로 돌아온다고 생각하는 사람도 있을 것이다. 그러나 전원에서 나간 전류의 크기나 전원으로 돌아오는 전류의 크기는 항상 같다. 즉 회로의 도중에서 만들어지거나 소멸되지 않는다는 것이 전류의 중요한 성질이다.