정전기의 과학 - 아누랏다 바그와트 (Anuradha Bhagwat)

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우리 모두 경험 해 봤죠. 부드러운 카펫 위를 걷다가, 문의 손잡이에 닿는 순간... 빠지직! 그런데, 무엇이 이 대표적 정전기 충격 사례의 원인일까요? 아누랏다 바그와트 (Anuradha Bhagwat) 가 물체의 성질을 살펴가며 그 이유를 밝혀줍니다.

강연: 아누랏다 바그와트 (Anuradha Bhagwat)
영상제작: 아트테이크 스튜디오 (Arttake Studio)

이것은 아무때고 경고없이
발생할 수 있습니다.

여러분이 부드러운 카펫을 걷다가
문의 손잡이에 닿으면

그때 갑자기 빠지직! 하죠.

정전기를 이해하려면,

우리는 먼저, 물질의 성질에 대해
조금 알아 보아야 합니다.

모든 물질은 원자로 구성되어 있고,

그 원자는 세가지의 작은 전이입자로
이루어져 있습니다.

음전하 전자,

양전하 양성자,

그리고 중립적 중성자 입니다.

대개, 전자와 양성자는 한 원자안에
균형을 잡고 있는데요,

여러분이 접하는 대부분의 물질이
전기적 중립상태인 것이 그 이유입니다.

그러나 전자는 너무작고
아주 미미하게 밀집되어있고,

비비거나 마찰행위는 느슨하게 붙어있는
전자들이, 자신들의 원자에서 떨어져

다른물질에 달라붙을 수 있는
에너지를 제공할 수 있습니다.

서로다른 표면으로 이동하는 것이죠.

이런일이 발생하면, 첫번째 물체에는
전자보다 양자가 많이 남아있게되고,

[양전하]로 되는 것이죠.

반면 더 많은 전자를 갖고있는 쪽은
[음전하]를 축적하게 됩니다.

이런 상황을 [전하 불균형]

또는 [순전하 분리] 라고 합니다.

그러나 자연의 본성은 균형을
유지하려는 경향이 있어서,

새로 전하된 물체가
다른 물체와 접촉이되면,

전자는 가장 필요로 하는곳으로
1차적으로 이동하여 접촉하게 됩니다.

음전하 물체에서 떨어지거나,
양전하 물체로 뛰어드는 것이죠.

[중성전하 평형] 상태로
회복하려는 겁니다.

이러한 순간적인 전자의 이동을
[정전 방전]이라고 합니다.

바로 우리가 '순간 스파크'로
알고 있는 것이죠.

이러한 과정은 아무 물체에서나
일어나는 것은 아닙니다.

그렇지 않으면 여러분은 항상
정전기로 놀라게 되겠죠.

금속이나 소금물같은 전도체는,

전자를 느슨하게 잡고있다가,
외부물체로 방출하려는 경향이 있는데,

이렇게 하는 것이 분자간에 전자를
쉽게 흐를 수 있도록 합니다.

반면에, 플라스틱이나 고무,
유리같은 절연체는,

전자를 꽉 쥐고 있어서 다른 원자로
쉽게 이동하지 않도록 합니다.

정전기의 형성은 대부분,

하나의 물체가 절연체와
연관되어 있을 때 발생합니다.

여러분이 양탄자를 따라 걸을때,

여러분의 몸에 있는 전자는
떨어져 양탄자로 옮겨가고

양탄자 털이 절연체 역할을 하면서
전자를 떨어뜨리지 않으려고 합니다.

여러분의 몸과 양탄자는 여전히
전기적 중립상태라 할지라도,

이제 둘 사이는 분극전하 되는겁니다.

그래서 여러분이 손잡이를 닿는순간,

빠지직!

금속 손잡이가 전자를 살짝 쥐고있다가
여러분의 손으로 재빨리 이동시킵니다.

여러분의 몸이 떨어져나간 전자를
대체하기 위해서 말이죠.

이런일이 여러분의 침실에서 일어난다면
사소한 일일 수 있겠지만요,

확 트인 옥외에서는,

정전기는 끔찍하고 파괴적인
자연의 힘이 될 수 있습니다.

어떤 특정한 조건하에, 순전하 분리는
구름속에서 발생합니다.

어떻게 이런일이 일어나는지
우리는 정확히 모릅니다.

아마 물방울과 얼음입자의 순환과
관련이 있을지도 모르겠습니다.

그것과는 상관없이, 전하불균형은
다른 물체로 전이되면서 중성화됩니다.

건물이나, 지표면, 또는 다른 구름으로
전이되면서 거대한 스파크를 일으키는데,

우리는 그것을 '번개'라고 알고 있죠.

여러분의 손이 같은곳에서 반복적으로
정전기에 당할 수 있는 것처럼,

번개도, 한번 이상 같은 장소를
칠 수 있다는걸 믿는 게 좋을겁니다.