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[비센의 재미있는 과학 이야기] 전기의 역사

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작성자 석준영 작성일17-07-20 09:14 조회54회 댓글0건

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전기를 사용하지 않고 사는 삶을 생각해 보신 적이 있으신가요? 저희 가족은 여름이면 자주 캠핑을 떠나곤 합니다. 캠핑을 갈 때에도, 전기를 사용할 수 있는 캠핑장을 갈 때와 그렇지 않은 경우에 따라서 준비해야 하는 것들에 많은 차이가 납니다. 하물며, 일상 생활에서 전기를 전혀 사용할 수 없을 때 감당해야 하는 불편함은 상상하기 조차 힘들 것 같습니다. 인류가 전기를 사용한 역사는 매우 오래되었습니다. 중국의 고문서, 이집트의 기록 등에도 정전기에 대한 기록이 나오며, 기원전 600년경 고대 그리스 철학자 탈레스는 호박(amber)을 문지르면 작은 물체가 달라붙는 마찰전기현상을 발견한 사람으로 알려져 있습니다. 물론 과학적 지식이 뒷받침되지 않았던 시대이기 때문에 탈레스는 그 현상이 물체 내부에 영혼이 있고, 마찰을 일으킬 경우 그 영혼이 깨어나 다른 물체를 잡아당기는 것이라는 식으로 이해를 했습니다. 전혀 근거 없는 설명이기는 하지만, 마찰전기를 관찰한 기록으로는 가장 오래된 것으로 인정받고 있습니다. 전기(electricity), 전자(electron) 등의 이름의 어원이 바로 ‘호박'의 라틴어 ‘electrum’에서 비롯된 것도 이러한 역사적 배경 덕분입니다. 

 

오랜 기간 인류는 전기라는 것이 자연에 존재한다는 사실을 알고 있었지만, 그것을 마음대로 이용하기 시작한 것은 그리 오래되지 않았습니다. 기원전에도 알려져 있는 전기이지만, 거의 2000년이 지난 1700년대까지도 전기라는 것은 마찰로 만들어지는 정전기가 있고, 이를 이용해서 빛을 내는 불꽃방전을 일으킬 수 있다는 것외에는 크게 알려지지 못했습니다. 1746년 네델란드 라이덴대학에서 유리병에 전기를 모아두는 데 성공하였고, 이것이 라이덴병이라고 불리는 세계 최초의 축전지, 즉 전기를 모아두는 장치입니다. 정말 오랜 시간이 지난 후에야 겨우 전기를 모으는 방법을 알게 된 것입니다. 이렇게 오랜 기간 베일에 싸여있던 전기에 대한 것들이 조금씩 알려진 것은 1791년 이탈리아의 생의학자 루이지 갈바니(Luigi Aloisio Galvani, 1737-1798)로부터 시작되었다고 볼 수 있습니다. 갈바니는 개구리를 해부하던 중 뒷다리가 해부도구에 닿자 경련을 일으키는 것을 발견했습니다. 그는 이것이 개구리의 생체 내부에 전기를 일으키는 발생장치가 있다고 생각했습니다. 우리가 정전기를 만질 때 감전이 되는 것이 외부에서 전기가 들어오는 것이 아니라 일정 조건이 만족되면 생체 내에서 전기가 만들어지는 것이라고 생각한 것입니다. 이상하게 들릴 수 있지만, 당시에는 이미 알려진 전기뱀장어 등의 존재와 함께 꽤나 설득력이 있는 설명이라고 받아들여졌습니다. 

 

하지만, 모든 과학자들이 갈바니의 주장에 동의하는 것은 아니었습니다. 갈바니의 절친이었던 또 다른 이탈리아의 과학자 알레산드로 볼타(Alessandro Volta, 1745-1827)는 많은 다른 실험들을 통해 전기가 발생되는 데에 있어서 생체조직은 꼭 필요한 부분이 아니라며 갈바니의 생체전기이론에 반기를 들기 시작합니다. 이후 많은 실험을 반복한 후 1800년 드디어 ‘ 볼타의 전기더미(Voltaic pile)’라는 이름의 세계 최초의 전지(battery)를 만드는데 성공합니다. 볼타의 전기더미는 개구리와 같은 생체조직은 사용하지 않고, 원판모양의 은(Ag)과 아연(Zn)판을 전해질을 적신 천사이에 끼워 여러층으로 쌓은 ‘더미' 형태를 가지고 있었으며, 이는 마치 건전지 여러 개를 직렬로 연결해 놓은 것과 같은 원리라고 생각하실 수 있습니다. 볼타 전지의 발견은 전기가 생체가 아니라 금속판들을 연결함으로써 만들어진다는 것을 발견한 것과 함께, 라이덴병에 모아진 전기처럼 가두어진 전기가 아니라 한쪽에서 다른 한쪽으로 흐르는 전기, 즉 전류(current)를 만들어 냈다는 것에 큰 의미가 있습니다. 재미있는 사실은 볼타가 전지를 처음 만들어냈을 당시에는 전기회로라는 것이 없던 시절이니, 전류의 세기를 재기 위한 측정도구가 있을 리 만무합니다. 그렇기 때문에 볼타는 얼마나 센 전류가 흐르는 지를 직접 자신의 몸에 감전을 시켜 보며 측정을 했다고 알려져 있습니다. 장하석박사의 쓴 ‘과학, 철학을 만나다'라는 책에 따르면, 볼타가 눈 주변에 전기를 흐르게 한 후, 눈 앞에 불꽃이 튀는 것을 보기도 했다는 식의 설명을 했다고 합니다. 지금도 건전지의 전압을 나타내기 위해 사용하는 ‘볼트(Volt)’라는 단위가 볼타의 이름에서 비롯된 것입니다.

 

전기의 흐름을 만들어 낼 수 있는 전기 발생장치가 만들어진 이후, 전기에 관련된 연구는 빠르게 이루어지고, 1800년대에는 전구 등이 발명되기도 하였습니다. 하지만, 실제 전류의 주인공인 전자(electron)의 발견이 1897년에 이루어진 것이니, 전구, 축음기 등의 초기의 전기기구의 발명은 전자의 존재를 알지도 못한 채 이루어진 것입니다. 전구를 최초로 발견한 사람이 토마스 에디슨인가 아닌가는 논쟁의 여지가 있는 문제이지만, 이번 칼럼에서 다루지는 않도록 하겠습니다. 이렇게 실제 주인공인 전자의 존재조차 모른 채 여러가지 전기 현상이나 기구들이 만들어지다 보니, 전기의 원리에는 잘못 만들어진 개념들이 있습니다. 첫 번째, 우리는 전기회로에서 전류가 전지의 양(+)극에서 음(-)극으로 흐른다고 말하지만, 사실 실제 전자의 흐름은 그와 반대로 음극에서 양극으로 흐르고 있습니다. 두 번째로는 의미없이 복잡한 전하량값입니다. 실제 흐름이 전자에 의한 것이라는 것을 모르던 시절, 과학자들은 일정 현상을 일으키는 전하량을 1 C (쿨롱, Coulomb)이라고 정의했습니다. 나중에 알고 보니 1 C 이라는 것은 단지 6,180,000,000,000,000,000 (6180경) 개의 전자가 모여있는 덩어리였습니다. 전자의 존재를 미리 알고서 전자의 뭉치를 전하량으로 정의했다면 조금 더 단순하고 계산하기 편한 수를 기준으로 전하량을 정의할 수도 있었을 텐데, 그 반대가 되다 보니 그렇지 못했던 것입니다. 

 

전자가 발견된 뒤로 정확히 120년이 지난 지금, 우리는 전자의 흐름으로 전기기구를 이용하기도 하고, 무선 신호를 만들어 내고, 받아들여 인터넷을 검색하기도, 달리는 차 안에서 영화를 즐기기도 합니다. 2000년동안 그것이 무엇인지 조차 몰랐던 것에 비하면 엄청난 수직적 발전이라 할 수 있습니다. 우리 주변에는 아직까지도 미지의 것으로 남아있는 것들이 많습니다. 하지만, 그러한 부분들이 얼마나 빠른 시간에 완전히 정복되어 누구나 흔하게 사용하는 기술에 적용될지는 아무도 모릅니다. 그리고 그것을 알아내는 것이 바로 우리들 중 누군가의 역할일 수도 있을 것입니다. 아니 그것이 우리들 중 누군가가 되기를 기대해 봅니다.


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