중3 과학/1단원/마찰전기/정전기유도

건조한 날 머리를 빗을 때나 바닥을 쓸 때 머리카락과 먼지가 각각 빗과 쓰레받기에 달라붙는다. 이는 마찰에 의해 전기가 생겼기 때문이다. 이처럼 마찰에 의해 물체가 띠는 전기를 마찰 전기라고 한다.

서로 다른 두 물체를 마찰시키면 두 물체는 마찰 전기를 띤다. 마찰시킨 물체가 전기를 띠는 이유는 무엇일까? 우리 주변의 모든 물질은 원자로 이루어져 있다. 물질을 이루는 입자인 원자는 원자핵과 전자로 구성되어 있다. 이때 원자핵과 전자가 띠는 전기를 전하라고 하며, 원자핵은 (+)전하를 띠고 전자는 (-)전하를 띤다. 그래서 원자핵과 전자 사이에는 전기력이 작용하여 원자가 안정된 모습을 유지할 수 있다.

일반적으로 물체는 원자핵의 (+)전하의 양과 전자의 (-)전하의 양이 같아 전기를 띠지 않는다. 그런데 서로 다른 두 물체를 마찰시키면 한 물체에서 다른 물체로 전자가 이동하게 된다. 이때 전자를 잃은 물체는 (+)전하를 띠고, 전자를 얻은 물체는 (-)전하를 띤다. 이처럼 전자의이동에 의해 마찰 전기가 생기며 물체가 전기를 띠는 것을 대전이라 하고, 대전된 물체를 대전체라고 한다.

전기를 띤 플라스틱 막대를 알루미늄 캔에 가까이 하면 알루미늄 캔은 플라스틱 막대 쪽으로 움직인다. 이처럼 두 물체를 마찰시키지 않아도 두 물체 사이에 전기력이 작용할 수 있다. 다음 탐구를 통해 마찰시키지 않은 물체가 어떻게 전기를 띠게 되는지 알아보자.

금속에는 비교적 자유롭게 움직일 수 있는 전자가 많이 있다. 알루미늄과 같은 금속에 (-)전하를 띠는 대전체를 가까이 하면 금속의 전자는 척력을 받아 대전체로부터 먼 쪽으로 이동하게 된다. 따라서 대전체로부터 가까운 쪽은 (+)전하를 띠고, 대전체로부터 먼 쪽은 (-)전하를 띠게 된다. 그 결과 금속과 대전체 사이에는 인력이 작용한다.

이처럼 전기를 띠지 않은 금속에 대전체를 가까이 하면 대전체로부터 가까운 쪽은 대전체와 다른 종류의 전하가 유도되고, 대전체로부터 먼 쪽은 대전체와 같은 종류의 전하가 유도되어 금속이 전기를 띠게 된다. 이러한 현상을 정전기 유도라고 한다.

정전기 유도를 이용하여 물체가 대전되었는지 아닌지 알아보는 기구를 검전기라고 한다.

검전기는 금속판과 금속 막대가 연결되어 있고, 금속 막대 끝 부분에 금속박 두 장이 붙어 있다. 금속판에 물체를 가까이 할 때 금속박의 움직임을 통해 물체의 대전 여부를 알 수 있다.

 

 

참고!!!

번개란 무엇일까?

옛날부터 사람들은 정체를 알 수 없는 번개를 하늘이 내리는 벌이나 신의 무기로 생각했다.이렇게 사람들의 상상 속에서 두려움의 대상이 된 번개를 과학자 프랭클린(Franklin, B.;1706~1790)이 자연에서 일어나는 전기 현상의 하나라고 증명하였다. 프랭클린은 전하가 모였다가 방전될 때 발생하는 불꽃이 번개와 비슷하다는 것을 알고, 구름에서 만들어지는 번개도 전기가 아닐까라는 생각을 하게 되었다. 프랭클린은 이를 증명하기 위해 번개가 치는 먹구름에 연을 날리는 위험한 실험을 하여 번개는 전하가 많이 모인 구름과 지상의 물체 사이에 순간적으

로 전하가 이동하는 현상임을 밝혀내었다. 번개를 맞으면 나무가 불타기도 하고, 기계 장치가 고장날 수 있으며, 사람이 목숨을 잃을 수도 있다. 이러한 피해를 주는 번개를 피하기 위해 높은 건물에는 피뢰침을 설치한다.

프랭클린이 발명한 피뢰침은 금속으로 된 막대로, 피뢰침을 건물의 높은 곳에 설치하면 번개가 피뢰침에 떨어지도록 유도할 수 있다. 피뢰침

은 땅과 연결된 구리선을 통해 전하를 지표면으로 흐르게 하여 번개로 인한 피해를 막는다. 최근에는 기술이 발달하여 구리선을 매단 로켓을

구름 쪽으로 쏘아 올려 번개를 유도하기도 한다.

비행기는 하늘을 날 때 대기와 마찰하여 마찰전기를 띠게 된다. 마찰 전기는 비행기의 예민한 전자 기기에 영향을 미칠 수 있으므로 비행기는

날개 뒤쪽 끝에 설치된 정전기 방전 장치를 통해 방전을 유도한다. 또한, 정전기 방전 장치는 피뢰침 역할도 할 수 있다.번개가 칠 때 야외에서는 어떻게 행동해야 안전할까?

번개는 높이 솟아 있는 곳에 치므로 나무나 전봇대로부터 멀리 떨어진다. 그리고 몸을 굽히고 다리를 오므린 상태로 엎드린다.

자동차를 타고 있는 경우에는 자동차 안에 머무는 것이 좋다. 자동차에 번개가 치더라도 자동차의 표면으로 전하가 이동하므로 자동차 안은 안전하기 때문이다.건조한 겨울철 금속으로 만들어진 문의 손잡이를 잡는 순간 찌릿하면서 손이 따끔하는 경우가 있다. 이는 정전기의 방전 현상으로, 순간적으로 작은 번개가 발생한 것과 같다.방전 현상이 일어나면 몸속으로 짧은 순간에 전하가 이동하여 불쾌감을 느낀다. 그래서 생활에서는 물체에 모여 있는 정전기를 흡수하거나 이동시키는 방법을 이용하는 다양한 정전기 발생 방지 장치를 사용하고 있다.