1. TV
: 이것은 멀리 떨어진 곳에 화상을 전달하는 장치입니다. 선결조건이 되는 '전파'에 대해선 라디오에서 말합니다. 전기의 자석같은 성질(전자장)은 선풍기에서 설명합니다.
주된 특징인 화면을 만드는 원리를 말씀드립니다.
티비의 화면은 사실 만화처럼 정지된 사진의 연속입니다. 다만 우리 눈의 잔상효과(무언가를 보고 곧장 눈을 감아도 눈앞에 아주 잠깐동안 상이 남아 있는 걸 확인할 수 있어요)에 의해 그게 움직이는 것처럼 보이지요. 사람 눈은 차이가 잇지만 보통 16분의 1초 정도 이런 현상이 남는다고 하네요. 그러니 1초에 정지된 사진을 순간적으로 16번 이하로 바꿔 주면 움직이긴 움직이는데 뭔가 딱딱하다는 느낌을 받을 거에요. 그걸 24번이나 30번 바꿔준다면 바뀌고 있다는 걸 깨닫지 못하고 그림이 움직이고 잇다고 느끼겟지요.
티비의 화면에는 이런 그림이 잠깐동안 잔상처럼 남을 수 있는 형광물질이란 걸 발라 두었어요. 그곳에 전자총이라고 하는 전기를 이용하여 화면 표면의 형광물질이 발광(빛을 내는 현상)하도록 쏩니다.
티비의 전자총은 전자(전기 또는 위에 말한 물 같은 것이라 이해하세요)를 화면에 쏘는데 앞으로 똑바로 나갑니다. 그런데 전자는 자석처럼 극이 있습니다. 전자는 음극으로 근처에 양극을 띈 철판이나 쇠붙이를 가져가면 철가루가 딸려 가듯 전자선이 휩니다.
티비 브라운관 뒤엔 편향판이란 것과 편향코일이란 게 위아래, 좌우로 있어서, 위쪽에 양극을 강하게 하다가 차츰차츰 아래쪽으로 양극이 강하게 하면 전자선이 위에서 아래로 줄을 긋듯 내려갑니다. 같은 요령으로 좌에서 우로 바구어 주고 이를 함게 사용하면
마치 타자기로 글자를 쳐 나가듯 왼쪽위에서 오른쪽위..다시 한줄 아래 왼쪽에서 오른쪽으로 바꿔가며 오른쪽 아래까지 전자선을 그을 수 있어요. 이때 전자선을 연속으로 보내는 게 아니라 보냈다 안 보냈다 하면 형광화면이 감광된 부분과 안 된 부분으로 만들수 있으며 그것으로 평면적인 화면을 만들 수 있어요. 손으로 볼펜을 들고 이런 식으로 그림을 그릴 수 있어요. (지폐에 그려진 펜화 같은 것 중에 이러 ㄴ방식으로 그림을 그린 것들이 있지요.) 그렇게 위와 같이 그림을 그리되 1초 안에 24번 이상 바꾸어 주는 겁니다.
그러면 여러분들이 보는 티비가 됩니다.
가끔 전자제품을 수리하거나 연구하는 곳이나 전파를 관리하는 곳에 보면 오실로스코프라고 하는 '파형분석기'가 있는데 바로 위와 같은 원리로 눈에 안 보이는 전파나 전기의 파형을 보여 주는 것입니다.
자 그럼 기계는 완성되었으니 방송국에서는 배우들의 사진을 초당 24회 이상 찍어 화면을 가늘게 가로로 잘라(주사선이라 합니다. 해상도, 선명도를 좌우합니다.) 그걸 다시 가로로 길게 이어 만든 띠가 지니는 색깔에 따라 전파를 세게 혹은 약하게 보내면 됩니다.
티비는 이런 전파 신호를 받아내어 화면정보를 골라 위와 같은 식으로 뿌려만 주면 되는 겁니다.
2. 선풍기
전기는 전자라는 하는 것의 흐름이라 했습니다.
전자는 음극을 띠고 있지요 그말은 어딘가 상대적으로 양극을 띤 물질이 있기 마련이란 겁니다. 전기는 물처럼 흐르되 이런 성질 때문에 전기가 흐르는 곳에는 자석의 자기장 같은 힘이 주변에 생깁니다. 실제 강한 전기가 흐르는 곳에 서는 머리가 서거나 종이가 달라붙거나 하는 걸 볼 수 있지요. 가끔 나오는 전자파도 일단 이런 류라 생각하면 됩니다.
전기가 흐르면 자석같은 성질이 생긴다라... 끌어당기거나 밀쳐내는 성질이 있단ㄴ 뜻이지요. 그러나 보통 눈에 띄는 현상은 전기가 세게 혹은 많이 흘러야 알수 있어요. 그런데, 그렇게 하지 않아도 그런 힘을 한데 모을 수 있어요. 전기가 흐르는 전선을 일전한 방향, 방법으로 모으는 거에요. 일반적으로 '감는 방법'을 씁니다. 그렇게 만든것이 전자석이지요.
전자석은 일반 자석과는 달리 사람이 의도하는대로 자석이 되엇다가 안 되었다가 할 수 있어요. 그건 사람들이 원하는 방향으로 물체(또는 어떤 다른 대상)를 밀거나 끌어당기는 데 쓸 수 잇다는 거지요. 선풍기의 뒤에는 이러한 전자석이 있습니다. 축을 중심으로 일정한 방향으로 선을 감아 두었어요. 그걸 '코일'이라 부르고 그렇게 만들어 둔 덩어리를 코어라 합니다. 전자석과 전기모터 등은 이미 만들어 봣을지 모르겟어요. 원리를 생각해 보아 다시 만들어 보면 훨씬 재미있을 것입니다.
다시 말하자면 선풍기의 축에는 자석이나 자석 역할을 하는 코일이란 게 있습니다. 이 ㅗ일은 전기가 일정한 방향으로 흐르도록 전선을 가지런히 모은 것이고 그곳에 전기를 흘리면 전기적인 힘(전자력)이 발생해 원하는 방향으로 움직이게 합니다. 바로 선풍기의 축이 끌어당겨지기도 하고 때로는 밀려나 일정하게 돌게 하는 거지요. 그끝에 비스듬한 날개를 달아 뒤쪽의 공기가 날개에 의해 앞으로 보내지도록 한것입니다.
선풍기와는 좀 다르지만 코일이란 것은 여러 가지 역할을 합니다. 열을 내기도 합니다. 이건 사실 전선 자체에 저항이란 게 있어서 이기 때문입니다. 저항은 물길로 치면 물길에 쌓여 있는 방해물 같은 것입니다. 바닥이 거칠고 큰 돌들도 여기저기 있다면 물이 빠르게 흐르기 힘들겟지요. 때론 물길이 좁아져 한꺼번에 많은 물이 지나가야 합니다(반대의 경우는 넓어져 느릿느릿흘러가도 충분히 그 양의 물이지나갈 수 있기도 하지요.바로 전선의 굵기에 해당하는 말이에요). 전기의 경우 이럴 때 열이 나고 심하면 열이 빛이 되어 보입니다. 그래서 전선이나 전열선이나 전구는 같은 원리입니다. 전기의흐름,힘이 열로 다시 빛으로 바뀌는 거지요. 코일을 좋은 재료로 잘만들면 열이 덜 발생하고 적은 힘으로도 잘 돌 것입니다. 그러나 그러면 비용이 들므로 목표한 기능에 적합한 정도로 만들겟지요.
일부러 열을 내는 장치를 만들어 둔게 '히터'나 전열기, 해어드라이어 같은 것입니다.
이 이야기를 왜 하냐면 지나가는 말이지만 티비 나 가전품 뒤 전선이 복잡할 때 가지런히 한다고 전선을 둘둘 감거나 촘촘이 뭉쳐 두면 자기장에 의해 방송이 잘 안나오거나 잡음이 생기거나 때론 열이 지나치게 발생해 불이나기도 하는 겁니다. 이건 원리르 ㄹ생각해 주의하세요.
코일의 또다른 역할은 전기의 힘의 세기를 바궈주는 역할입니다. 대표적인게 아답터니 트랜스니 하는 것들입니다. 역시 열이 나겠지요^^ 또 이들은 전자석의 역할을 하기도 하므로 전기의 종류에 따라선 이것들이 진동을 합니다. 그래서 트랜스를 쓸 대 잘 들어보면 따르르르하는 소리가 납니다. 이걸 이용한 안마기를 판 적도 있지요. 수족관의 공기주입기는 이런 원리로 만든게 대부분입니다.
조금 옆으로 샜네요.
3. 라디오
라디오는 티비의 기초가 되는 물건 중 하나입니다. 라디오를 설명하려니 마이크라는 걸 알려 줘야겟네요. 사람의 소리는 잘 들어보면 세게 혹은 여리게 들리는 어떤 진동입니다. (공기를 세게 혹은 작게 흔드는 모든 것은 소리가 될 수 있어요. 다 들을 수 잇는 것은 아니지만..) 마이크는 사람 목에서 나온 공기의 진동에 따라 안에 부착된 얇은 막이 같이 흔들립니다. 그 끝에는 자석이나 전자석이 달려 있고 이곳에는 약한 전류가 흐르고 있다가 말, 즉 공기의 진동에 의해 전자석 코일의 움직임으로, 다시 그곳에 흐르는 전기가 많이 흘렀다 적게 흘렀다 하는 변화로 바뀝니다.
이걸 크게 키워서(증폭이라 합니다) 안테나를 이용해 전파라고 하는 멀리 갈 수 있는 전자장으로 바꿉니다. 안테나는 이런 전기를 전자자으로 바꾸어 공중에 쏘거나 받아내는 장치입니다.
보내는 것을 한문 그대로 송신이라 하고 받는 걸 수신이라 합니다. 그래서 방송국이나 중계소를 송신소(기지)라 하고 받는 장치를 수신기라 하는 겁니다. 이걸 둘 다 하는 장치가 무전기나 무선전화기 같은 것이겠지요.
라디오는 안테나라고 하는 공기중의 약한 전자장을 받아 약한 전류의 흐름으로 바꾸는 장치를 안네 두고 그 속에서 원하는 소리를 뽑아내어 크게 키우고 마이크와 구조는 거의 같으나 반대역할(전기의 진동을 종이나 비닐, 철판으 진동으로 바꾸어 결국 근처 공기를 진통시키는)을 하는 '스피커'라고 하는 장치를 통해 보내준 소리를 들을 수 있게 하는 것입니다.
이를 통해 알고 보면 우리 생활의 수 많은 물건들은 어찌보면 기초중의 기초인 전자석으로 만들어진 것이 많다는 걸 알 것입니다. 그러므로 단순히 재밌는 놀이거나 저학년애들이 하는 장난만은 아니란 걸 아시기 바랍니다.
응용하자면 전축의 바늘도, 컴퓨터의 디스켓 등을 읽는 장치나 비디오 테으프를 읽는 장치에서부터 자기부상열차, 우주전쟁에 사용하려 만든 레일 건, 핵융합 발전을 위한 융합로(토카막) 등에 이르기까지 모두 이 원리로 움직이고 있습니다.
4.냉장고..
이는 위에 설명한 전자석을 응용한 전동기(모터)로 부터 시작합니다. 냉장고는 의외로 단순한 장치입니다. 우선 전체가 단열재로 만들어져 외부 기온과내부 기온이 서로 섞이는 것을 잘 막아줍니디. 그리고 또 하나 나오는 원리중 하나인데, 액체가 기체로 변할 때 보통 주변의 열을 가지고 갑니다(빼앗습니다.) 주변의 열을 에너지(힘)로 하여 물질의 상태가 변하는 것이지요. 반대로 기체에서 액체로 변할 때에는 열을 내기도 합니다.
추가: 이런 역할을 하는 것을 냉매라 하고 보통의 냉장고에는 프레온 계열의 가스를 씁니다. 화학식이 CFC형태로 되어 있어 그냥 CFC라고부르기도 합니다. 치명적 온실가스로 분류되어 안 쓰이게 될 것입니다. 대형냉장고에는 훨씬 효율이 좋은 기체를 쓴다고 합니다. 지금도 암모니아를 쓰는지 몰라도 이런 류를 쓰지요. 다루기가 좀 까다롭다 합니다.)
냉장고는 전동기를 이용하여 이런 특성을 가진 물질을 관에 따라 움직이도록 합니다. 이때 냉장고 안에서는 관의 크기를 크게 하여 기체로 바꾸는 방법으로 열을 빼앗고, 다시 바깥쪽으로 나올 때에는 강제로 압축(부피가 줄어들게 누름)하고 관의 크기를 좁게 하여 액체상태로 만들어 열을 내뿜게 만듭니다.
이때 한쪽으로만 흐르게 해야지 반대로 흐르게 하면 오히려 바깥쪽의 열을 빼앗아 안쪽에 퍼뜨리게 되지요. 그래서 한쪽으로 흐르도록 하느라 보통 펌프(콤프레셔, 압축기, 응축기)라고 하는 걸 씁니다. 심장의 움직임처럼 밸브가 열리고 닫히면서 공기를 보내게 되는 데 이때 공기가 흘렀다가 안 흘렀다가 하여 일종의 진동이 생깁니다. 그래서 발생하는 것이 냉장고 소음입니다.
이걸 연속적으로 보낼 수 있게 만든 장치를 사용한 냉장고는 소음이 거의 없습니다.
(추가: 제가 알기로는 이런 소음 없는 엔진으로 로우터리 엔진과 리니어 모터를 쓰는 걸로 알고 있어요. LG전자 등이 세계 시장을 석권한 냉장고가 이런 리니어(선형-직선운동)모터를 씁니다.)
5.컴퓨터
컴퓨터는 돌입니다. 진짜로 돌로 만든다 할 수 있어요. 보통 흔히 보는 컴퓨터는 듣던대로 0과 1이라는 두 가지 상태의 숫자만을 사용합니다. 그렇다고 진짜 0이나 1을 아는 게 아니고, 전기가 흐르면 1이라 하고 안 흐르면 0이라 약속하는 겁니다.
이렇게 단순한 장치지만 속도는 정말 빠릅니다. 빛에 버금가지요.
사람이 사용하는 수는 10진수라는 걸 씁니다. 아마도 손발이 10개씩이어서지요. 만약 대부분의 사람들이 12개씩이거나 60개씩이엇다면 12진수, 60진수를 썼을 거에요.
그러나 컴퓨터는 기여, 아니여, 있고 없어, 켜졌어 꺼졌어와 같은 식의 2진수박에 모릅니다.
그러므로 사람이 사용하는 글자나 숫자는 모두 컴퓨터가 알아먹는 2진수로 바꿔 줍니다. 그러나 걱정없습니다. 워낙 빨라 (사람에 비해) 바꾸는데 시간이 거의 안 듭니다. 그리고 이걸로 더하고 뺍니다. 10곱하기 10은 2진수 1010이란 수를 2진수 1010번(10번) 더해서 답을 냅니다. (단순화를 위해 쉬프트연산 등은 설명 안 합니다)
그래도 걱정 없습니다. 워낙 빨라서지요. 그걸 자시 10진수로 바꾸고 화면에 다시 보였다 안 보였다 하는 2진수의 '주사선'으로 바꾼 다음 화면에 뿌리도록 합니다.
그걸 여러분이 보는 겁니다. 게임 호면도 사실 이런 이진수을 부지런히 더하고 빼고 그걸 화면에 비추엇다 안 비추엇다 하는 것이지요.그래도 걱정 없습니다. 워낙 빠르니까.
컴퓨터는 단순한 기계에게 사람의 복잡한 말을 이해하도록 번역해 주는 장치와 빠르게 더하고 빼주는 연산장치와 무엇을 해야할지 판단하는 장치와 내 놓은 결과를 보여주거나 저장하는 장치로 만들어진 돌덩어리입니다. 그들의 무기는 빠른 속도와 엄청난 단순함입니다. 그보다 컴퓨터는근본적으로 전기를 흐른다(1), 안 흐른다(0)으로 이해하는 단순한 논리에 의해 움직이는 빠른 장치입니다. 컴퓨터는 더 설명할 게 많으나 위 내용과 사뭇 다른 것이 많아 여기가지만 합니다.
