10월15일-마찰전기와 정전기유도 수행평가&액체질소 실험

[임성숙]

-마찰전기와 정전기유도 수행평가

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1. 초전도체가 뭘까요?

    전기저항이 거의 제로가 되어 전압이 없어도 전기는 계속 흐르는 초전도 현상을 갖는 물질입니다. 이때 초전도 현상이 나타나는 온도를 임계 온도라고 합니다. 1911년 네덜란드의 과학자 온네스(Onnes, H.K. : 1853～1926)가 절대 온도 4.2K(-268.8˚C)의 극저온 상태에서 수은의 저항이 완전히 0이 되는 현상을 발견하였습니다. 그 이후로 계속 연구하여 1987년, 약 20배나 높은 온도에서 초전도현상을 보이는 고온 초전도체 물질을 발견하였습니다. 초전도체는 아직 상용화되기에는 어려움이 있으나 미래의 우리생활을 바꿀만한 획기적인 발견으로 계속 연구할 가치가 있습니다.

우리가 쉽게 해볼 수 있는 실험은 초전도체를 구입 또는 연구실(우리나라에서는 원자력 연구소 안에 초전도 연구실에서 제작합니다.)에서 기부 받아 액체질소를 이용하는 실험입니다.

액체질소에 냉각된 초전도체를 자기장 위에 올려놓으면 아래 그림과 같이 자석 위에 떠있는 마이스너 현상을 볼 수 있습니다. 온도가 높아지면 초전도성을 잃어버려 천천히 가라앉아요.

2. 과일전지 만들기

  반응성이 다른 두 금속을 전해질에 담그고 두 금속을 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되는 것을 알 수 있어요.

반응성이 큰 금속이 이온화되면서 전해액에 녹고, 이 때 발생하는 전자가 이동하여 전류가 형성되기 때문입니다.

그와 같이 화학적 에너지를 전기에너지로 전환하는 장치를 전지라 합니다.

전지는 기본적으로 두 개의 전극과 전해질로 구성되어요.

  전지의 음극은 이온화 경향이 큰 금속으로 전자를 내어주며(산화), 양극은 전자를 받아 자신은 환원되는 반응을 통해(환원) 전자가 이동을 합니다. 전지가 완전히 방전이 되었다는 것은 전지내부에서 자발적인 산화·환원 화학반응을 할 수 있는 화학 물질이 거의 소모되었다는 것을 의미합니다.

아연판과 구리판 판 사이에 소금물에 적신 휴지를 넣고 전기가 이동하는 것을 알아보기 위해 멜로디 키트를 연결해보세요. 멜로디키트는 작은 전류에도 전류가 흐르면 소리가 나요. 이는 아연판과 구리판의 이온화경향(이온이 되어 전자를 내려는 성질)이 달라서 전자가 이동할 수 있도록 하기 때문입니다. 아연판과 구리판 사이에 혀를 넣어도 소리가 나는 것을 확인해보세요.

구리판은 (+)극, 아연판은 (-)극이 되어 1볼트 정도의 전압이 나옵니다. 건전지의 원리와는 어떤 관계가 있을까요? 건전지를 분해하여 그 분해된 건전지 내부에서 아연판과 탄소봉, 그리고 그 안의 전해질(이산화망간)의 구조와 비교해보면 같은 원리로 전류가 흐르는 것을 알 수 있습니다.