1
00:00:08,046 --> 00:00:10,426
이것은 설탕 덩어리입니다.

2
00:00:10,426 --> 00:00:14,486
여기에 압력을 가하면 설탕 덩어리는
전기를 만들어냅니다.

3
00:00:14,486 --> 00:00:17,796
어떻게 이런 간단한 결정체가 
작은 건전지처럼 행동하는 걸까요?

4
00:00:17,796 --> 00:00:20,386
그 이유는 설탕이 
압전물질이기 때문입니다.

5
00:00:20,386 --> 00:00:25,937
압전물질은 압력, 음파, 진동과 같은 
기계적 힘을 전력으로 바꿔주고

6
00:00:25,937 --> 00:00:28,746
역으로 전력 또한 
기계적 힘으로 바꿔줄 수 있습니다.

7
00:00:28,746 --> 00:00:34,757
이러한 현상은 1880년 물리학자 피에르 퀴리, 
자크 퀴리 형제에 의해 발견되었습니다.

8
00:00:34,757 --> 00:00:38,528
그들은 특정 물질의 
얇은 조각에 압력을 가하면

9
00:00:38,557 --> 00:00:42,437
조각 양면에 각각 양전하와 음전하가 
생긴다는 것을 발견했습니다.

10
00:00:42,437 --> 00:00:45,628
이러한 전위차 또는 전압은 
압력을 받는 결정체가

11
00:00:45,628 --> 00:00:49,787
마치 배터리처럼 회로에 전류를 
흐르게 할 수 있다는 것을 의미합니다.

12
00:00:49,787 --> 00:00:52,578
이 또한 역으로도 성립합니다.

13
00:00:52,578 --> 00:00:56,686
결정에 전류를 흐르게 하면 
결정의 모양이 변합니다.

14
00:00:56,687 --> 00:01:00,779
이렇게 기계적 에너지를 
전기적 에너지로,

15
00:01:00,799 --> 00:01:04,866
전기적 에너지를 기계적 에너지로 바꿀 수
있다는 것은 놀라웠습니다.

16
00:01:04,866 --> 00:01:07,908
하지만 이러한 발견은 몇 십년간 
그다지 주목받지 못했습니다.

17
00:01:07,910 --> 00:01:14,499
이것이 1차 세계대전 당시 독일의 잠수함 탐지를 위해
수중 음파 탐지기로 처음 쓰였습니다.

18
00:01:14,499 --> 00:01:17,809
소나 송신기에 있는 
압전성을 띈 석영 결정은

19
00:01:17,829 --> 00:01:23,910
교류 전압을 받으면 진동을 발생시켜
물속으로 초음파를 쏘는데 사용되었습니다.

20
00:01:23,968 --> 00:01:26,989
초음파가 대상에 부딪힌 뒤 반사되어 
돌아오기까지 걸리는 시간을 측정해

21
00:01:26,989 --> 00:01:29,809
대상이 얼마나 멀리있는지 
파악할 수 있었습니다.

22
00:01:29,809 --> 00:01:34,119
기계적 힘을 전기적 힘으로 
바꾸는 경우를 생각해보면

23
00:01:34,119 --> 00:01:36,761
박수를 쳐 켜고 끌 수 있는 
전등을 생각하면 됩니다.

24
00:01:36,761 --> 00:01:42,709
박수를 치면 음파가 공기를 지나 
압전성 부품에 도달해 이를 진동시키면

25
00:01:42,709 --> 00:01:46,520
전류가 흐르기 시작하게 하는 
전압이 발생해 LED등이 켜집니다.

26
00:01:46,520 --> 00:01:50,050
물론 전류를 계속 흐르게 하는 
전원은 따로 존재 합니다.

27
00:01:50,050 --> 00:01:53,430
그렇다면 왜 어떤 물질은 
압전성을 띄는 것일까요?

28
00:01:53,430 --> 00:01:55,450
답은 두 가지 요소로 
설명할 수 있습니다.

29
00:01:55,450 --> 00:02:00,009
물질의 원자 구조와 
그 안의 부분 전하입니다.

30
00:02:00,009 --> 00:02:02,749
많은 물질은 결정구조를 갖고 있는데

31
00:02:02,749 --> 00:02:06,879
원자와 이온들이 규칙적인 3차원 배열을 
가지고 있다는 것을 말합니다.

32
00:02:06,891 --> 00:02:12,476
이러한 패턴은 반복되는 
단위구조로 분리할 수 있습니다.

33
00:02:12,476 --> 00:02:20,015
대부분의 비압전성 결정 물질은 단위 구조 안의 원자들이
중앙을 중심으로 대칭을 이루고 있습니다.

34
00:02:20,015 --> 00:02:23,632
하치만 몇몇 결정 물질은 
대칭이 아니어서

35
00:02:23,632 --> 00:02:26,801
압전성을 띌 수 있습니다.

36
00:02:26,801 --> 00:02:28,582
석영을 예로 들면,

37
00:02:28,582 --> 00:02:32,132
석영은 규소와 산소로 이루어져있는데

38
00:02:32,132 --> 00:02:36,522
산소는 약한 음전하를, 
규소는 약한 양전하를 띄어,

39
00:02:36,522 --> 00:02:41,723
각 연결 고리는 전극이 
분리된 쌍극자가 됩니다.

40
00:02:41,754 --> 00:02:44,333
보통 쌍극자들은 서로의 전하를 상쇄해서

41
00:02:44,333 --> 00:02:46,724
결과적으로 단위 구조 전체적으로 
전위차는 없습니다.

42
00:02:46,724 --> 00:02:49,576
하지만 석영 결정이 
한 방향으로 압축되면

43
00:02:49,576 --> 00:02:51,687
원자 구조의 모양이 변합니다.

44
00:02:51,687 --> 00:02:55,083
그 결과 전하 분포의 대칭이 깨져서

45
00:02:55,083 --> 00:02:57,603
쌍극자들이 서로를 상쇄하지 못합니다.

46
00:02:57,603 --> 00:03:00,697
이렇게 압력을 받은 
단위 구조들은 한 면엔 음전하를

47
00:03:00,697 --> 00:03:04,164
다른 한 면에는 양전하를 띄게 됩니다.

48
00:03:04,164 --> 00:03:06,854
이런 전위차가 물질 전체에 걸쳐 나타나면

49
00:03:06,854 --> 00:03:09,407
물질의 반대 면에 각각 전극이 생기고

50
00:03:09,407 --> 00:03:13,634
그 결과 전류를 흐르게 할 수 있는 
전압이 발생합니다.

51
00:03:13,634 --> 00:03:16,744
압전성을 가진 물질들은 다양한 
원자 구조를 가지고 있을 수 있습니다.

52
00:03:16,744 --> 00:03:21,694
하지만 그 구조가 대칭의 
중심점이 없다는 공통점을 가집니다.

53
00:03:21,694 --> 00:03:24,804
그리고 결정체에 가해지는 
압력이 크면 클수록

54
00:03:24,804 --> 00:03:28,565
더 큰 전압이 생성됩니다.

55
00:03:28,565 --> 00:03:29,984
결정체를 당기면 전압은 
반대 방향으로 생겨

56
00:03:29,984 --> 00:03:31,155
전류가 반대 방향으로 흐르게 됩니다.

57
00:03:31,155 --> 00:03:35,254
여러분이 생각하는 것보다 
압전성을 가진 물질은 많습니다.

58
00:03:35,254 --> 00:03:37,876
DNA, 뼈, 비단 등

59
00:03:37,876 --> 00:03:41,866
이 물질들은 모두 기계적 힘을 
전기적 힘으로 바꿀 수 있습니다.

60
00:03:41,866 --> 00:03:47,115
과학자들은 다양한 압전 물질을 합성해내

61
00:03:47,115 --> 00:03:51,325
의료영상기기에서 잉크젯 프린터까지
그것들을 다양하게 활용하고 있습니다.

62
00:03:51,325 --> 00:03:57,675
시계 내부 석영 결정의 규칙적인 진동을 만들어내
시계가 움직이게 하는 것 역시 같은 원리입니다.

63
00:03:57,766 --> 00:04:00,247
생일 축하 카드의 스피커,

64
00:04:00,247 --> 00:04:04,917
라이터 가스에 불을 붙이는 
스파크도 마찬가지이고요.

65
00:04:04,917 --> 00:04:09,599
전기의 수요는 많고 
기계적 에너지는 풍부하기 때문에

66
00:04:09,599 --> 00:04:13,108
압전성 물질을 이용한 발전 장치는
점점 늘어날 것입니다.

67
00:04:13,108 --> 00:04:18,249
이미 승객들의 걸음으로 개찰구와 전광판에 전원을
공급하는 이용하는 기차역도 있습니다.

68
00:04:18,249 --> 00:04:22,056
또 사람들의 스텝으로 
조명을 밝히는 클럽도 있습니다.

69
00:04:22,056 --> 00:04:25,606
농구 선수들이 열심히 뛰어 다니면서
득점판을 밝힐 수 있지 않을까요?

70
00:04:25,606 --> 00:04:28,566
아니면 걸어다니면서 전자기기를
충전할 수도 있을 것입니다.

71
00:04:28,566 --> 00:04:31,503
압전 물질을 이용한 다른 
아이디어는 무엇이 있을까요?