전기와 전자파 , 전기와 전류의 특성

[이수현(깨참)]

전기를 영어로 일렉트리시티(Electricity)라고 하는데 이것은 그리스어 일렉트론(Electron)에서 유래한 말로, 본래는 호박을 의미한다. 기록에 의하면 기원전 600년경 그리스 사람들은 호박을 마찰하면 물체가 흡인되는 것을 알고 있었고, 이것이 전기현상을 발견한 최초라고 전해 내려오고 있다. 즉, 장식품으로 사용하던 호박을 헝겊으로 문지르면 먼지나 실오라기 따위를 끌어 당기는 이른바 마찰전기 현상이 일찍부터 알려져 있었다고 한다. 동양에서 쓰는 전기의 (電) 자는 번개를 뜻하는 (?) 자에서 유래하였고 번개도 구름에 모인 마찰전기가 일으키는 불꽃이다. 에디슨이 백열전구를 발명 (1879년)하고 20년 쯤 지나서 영국의 물리학자 톰슨이 전기의 정체를 맨 처음 밝혀냈다. 톰슨은 여러 가지 실험 끝에 전기라는 것이 아주 미세한 입자라는 것을 알아냈다. 그는 이 작은 입자가 빛도 만들고 열도 나게 한다는 것을 알고 전자(일렉트론)라고 이름을 붙였다.

서로 다른 물체를 마찰하면 전기가 일어나는데 이런 현상으로 발생한 전기를 마찰전기라고 한다. 1733년 프랑스의 뒤페라는 사람에 의하여 처음으로 발견되었다. 우리가 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 현상으로 플라스틱 책받침을 헝겊으로 문지르면 헝겊이 달라붙고, 또 건조한 겨울철에 셔츠나 스웨터를 벗으면 빠자작 하는 소리와 함께 불꽃 (어두울 때 보임)이 튀는데, 이것은 모두 마찰전기 때문이다. 이같이 마찰전기로 불꽃이 날 경우 전압이 5천 볼트가 넘기도 하지만, 감전되지 않는데, 이는 전압이 높아도 흐르는 전류가 약하기 때문이다.

우리가 자연에서 가장 많이 보아온 전기현상은 번개와 벼락이라고 할 수 있다. (+)전기와 (-)전기를 띤 공중의 구름이 서로 스치고 지나면서, 공중의 전기와 땅의 전기 사이에 방전이 일어날 때 번갯불과 천둥소리가 요란하게 난다. 그 힘이 엄청나게 커서 벼락 맞은 나무는 앙상한 고목으로 변해버리고 농부가 틀에서 낙뢰로 죽기도 한다. 공중의 전기도 보통 전기처럼 잘 통과할 수 있는 금속체를 좋아하기 때문에 건물마다 맨 꼭대기에 뾰족한 금속막대 (피뢰침)를 세워 땅으로 연결시켜 놓으면 번개가 땅속으로 흘러 없어져 버린다.

동물에서도 전기현상을 발견할 수 있는데, 그 예로 전기가오리, 전기메기, 전기뱀장어 같은 물고기들이다. 우리나라 서남해의 수심 50m쯤 되는 바다에 살고 있는 전기가오리는 위험이 닥쳐올 때 가슴지느러미 부분의 피부 속에 있는 벌집모양 발전기에서 (-)전기를 내고, 등부분에서 (+)전기를 내어 외부의 침입을 막는다. 전기메기는 400~450V에 달하는 전압으로 먹이를 잡거나 외적에 대한 방어수단으로 방전을 하며, 전기뱀장어는 전기물고기 중 최고로 650~850V의 발전능력을 가지고 있어서 말과 같은 큰 동물도 이 뱀장어에 접촉하면 큰 충격을 받아 죽을 수도 있다.

전자파(Electromagnetic waves)란 전기 및 자기의 흐름에서 발생하는 일종의 전자기 에너지이다. 즉 전기가 흐를 때 그 주위에 전기장과 자기장이 동시에 발생하는데 이들의 주기적으로 바뀌면서 생기는 파동을 전자파라고 한다. 전자파는 전계와 자계가 서로 엉키면서 전달된다. 전자파의 성질에는 파장, 진폭, 파형의 3가지 요소를 지닌다.

전자계는 자연 어디에서나 발견할 수 있으며 전계와 자계를 합친 말이다.

플라스틱 책받침을 스웨터 등으로 문질러 머리 위에 대면 머리카락이 서는데 이것이 마찰에 의해 책받침의 표면에 정전기가 발생하고 그 주위에 전계가 생기기 때문이다.

전계는 전압이 걸려있는 물체의 주변에 발생한다.

적계는 송전선 등의 전력설비뿐만 아니라 우리들의 생활 주변에도 발생하고 있다. 자연계의 한 예로 번개가 치기 직전 구름과 지면 사이에 큰 전계가 발생한다.

전계의 세기는 킬로볼트/미터(Kv/m)로 표현한다. 예를들어 10Cm 떨어진 두 평행 금속판에 100볼트의 전압을 걸때 평행한 금속판의 사이에 생기는 전계의 세기는 1Kv/m이다.

자석의 위에 책받침을 올려놓고 그 위에 쇳가루를 뿌리면 N극과 S극을 연결한 모양이 된다. 이것이 자계의 모양이다.

자계는 전류가 흐르고 있는 물건의 주위에 발생한다.

자계는 전계와 마찬가지로 가정용 전기제품 등으로 발생한다. 자연현상 중에서는 지구도 큰 자석이며 지표에는 지자기가 있는 것을 알 수 있다.

자계의 세기는 테스라(T) 또는 가우스(G)로 표현한다. 1가우스란 500A가 흐르는 전선으로부터 1m 떨어진 지점의 자계의 세기를 말한다.

		미국 과학아카데미 (1996) - 60Hz 전자계에 노출되는 것이 사람의 건강에 장해가 된다는 것을 의미하지 않는다.
		영국 방사성물질보호협회 (1992) - 지금까지의 역학조사로는 전자파가 암을 유발한다고는 확신할 수 없으며 계속적 연구가 더 필요하다.
		호주 보건부자문위원회 (1992) - 현재의 과학적인 증거로는 60Hz 자계가 암을 유발한다거나 인체에 해를 끼친다고 결론짓기에는 불충분하다.
		일본 자원에너지청 (1992) - 주거환경에서 생기는 상용주파자계가 사람이 건강에 유해한 영향을 준다는 증거는 밝혀지지 않고 있다.

전기는 아주 미세한 입자로서 플러스(+) 전기와 마이너스(-) 전기가 있는데 이 작은 입자가 빛도 만들고 열도 나게 하고 있다.

(+)전기와 (-)전기끼리는 서로 끌어당기지만 (+)전기끼리나 (-) 전기끼리는 서로 밀어내는 성질이 있다.

전기가 이동하는 속도는 매우 빨라 빛의 속도와 같다. 즉 1초에 30만km를 갈수 있어 지구를 7바퀴 반이나 돌 수 있다.

물의 흐름과 비슷하여 물의 흐름이 수압이나 파이프 크기에 따라 다르듯이 전기도 전압과 도선의 굵기, 길이, 재질에 따라 흐르는 양이 변하고 있다.

전기는 움직이지 않을 경우에 별로 소용이 없지만 일단 움직여서 전류가 되면 여러 가지 작용으로 도움을 준다. 전류에는 세 가지 작용이 있는데, 그것은 발열작용, 자기작용, 화학작용이다.

금속에는 전류를 방해하려는 전기저항이라는 것이 있으며 전류를 흘리면 열이 발생하게 된다. 일정 시간의 발생열량은 저항의 값이 크고 전류가 많을 수록 커진다. 발열부분의 온도를 높게 하면 적열(赤熱)에서 백열로 바뀌어 빛이 많이 나오게 되는데, 히터나 전구는 이 현상을 적절히 이용하고 있는 것이다. 전등, 전기다리미, 전기 히터 등 널리 이용되고 있다.

전기가 내는 힘을 이용하는 작업은 이 작용을 응용한 것이다. 도선을 감아서 만든 코일에 전류를 흘리면 그 속에 자계가 발생한다. 또 자계속에서 도선에 전류를 흘리면 도선은 힘을 받는다. 이것이 바로 모터의 기본이 되는 원리이다.

소금물에 두 장의 극판을 넣고 전지의 양끝에다 연결하면 소금은 나트륨과 염소의 화합물로 이것이 물에 녹으면(+)전기를 가진 나트륨이온과 (-)전기를 가진 염소 이온이라는 것으로 분해, 즉 전리(電離)된다. (+)극판에서는(-)의 염소 이온이 끌려들어가 전기를 잃고 염소가스로 변한다. 한편 (-)극판에서는 (+)의 나트륨 이온이 끌려 들어가 전기를 잃고 나트륨이 됨과 동시에 물과 화합에서 수산화나트륨(가성소다)이 된다. 이 때 여분으로 생긴 수소는 가스가 되어 나간다. 이와 같이 전기의 화학작용이 물의 전기분해나 전기도금에서 사용되는 작용이다. 전기 도금은 금속염을 용해한 용액 중에 도금하려는 제푸을 음극하고 이와 반대극인 양극판을 부착시킨 후 직률 전률를 통함으로써 용액내에 용해된 금속을 제품의 표면에 석출 시켜서 금속 피막을 입히는 방법이다.

http://cis.kepco.co.kr/cis/plaza/h/h3/jsp/h3_content6.jsp