정전기 꼼짝마! 미니 검전기 만들기

털목도리를 칭칭 감고 나갔다가 실내에 들어와 푸는 순간 머리카락이 한 올 한 올 살아나 목도리를 향해 달라붙는다. 머리카락을 정리하려고 빗으로 머리를 빗자, 이번엔 빗을 향해 머리카락이 달라붙는다.

간신히 머리카락을 진정시키고 방문 손잡이에 손을 올리자, 갑자기 손끝으로 전해지는 찌릿함. 화들짝 놀라 방에 들어가는 걸 포기하고 거실 소파에 털썩 주저앉는다. 마침 TV를 보던 동생이 자신이 먹던 과자봉지를 건넨다. 동생과 손끝이 닿는 순간, ‘따닥’ 소리와 함께 다시 한 번 손끝에 느껴지는 찌릿함. “에잇, 안 먹어~.”

쉽사리 진정되지 않는 머리카락과 손끝으로 전해지는 톡 쏘는 아픔의 정체, 이 일련의 상황들은 모두 ‘정전기’ 때문이다. 찬바람이 부는 계절이 돌아오면 유독 정전기 현상이 심해진다. 그 이유는 무엇일까. 정전기를 이용한 실험을 통해 정전기에 대해 알아보자.

[교과과정]
초등 5-1 전기 회로
중 1 정전기
중 3 전류의 작용

[학습주제]
전기의 특징 알아보기
정전기유도현상 이해하기
주변에서 정전기 현상 찾아보기

<실험 방법 및 원리>

* 실험 참고사항 : 포일은 칼로 자를 경우 찢어지기 쉬우니 가위를 사용해 자르는 것이 편리하다.

주변에서 간단한 재료를 사용해 만들어 본 검전기(檢電器)는 물체나 전기 회로에 전기가 있는지 검사할 수 있는 장치다. 풍선을 목도리에 비벼 마찰시킨 후 검전기에 가져다 대자, 알루미늄 포일 조각이 양옆으로 활짝 벌어졌다. 풍선을 떼면 포일 조각은 서서히 가라앉고, 다시 가까이 가져가면 활짝 벌어진다. 이는 전기가 발생했다는 것을 뜻한다.

두 물체를 단지 마찰시키기만 했는데, 어떻게 전기가 발생한 걸까. 모든 물체는 원자로 구성돼 있다. 이 원자는 다시 (+) 전기를 띠는 원자핵과 (-) 전기를 띠는 전자로 나뉜다. 전체 원자는 전기적으로 중성을 띠고 있지만, 일부 전자는 자유롭게 움직일 수 있다. 물체를 마찰시키면 이 전자가 다른 물체로 이동하며 전기적인 중성이 깨지게 된다. 전자를 받은 물체는 순간적으로 (-)극이 되고 전자를 잃은 물체는 (+)극이 되는 것이다. 이렇게 두 물체를 서로 비벼 마찰시켰을 때 발생하는 전기를 정전기라고 한다.

정전기는 인류가 만들어 낸 최초의 전기다. 정전기의 가장 오래된 기록은 기원전 600년 경, 탈레스가 호박을 천으로 닦다가 작은 먼지들이 더 많이 달라붙는 현상을 보고 발견했다고 알려져 있다. 탈레스는 이를 통해 물체를 마찰시키면 가벼운 물체를 잡아끈다는 사실을 알아냈다. 전기(electricity)의 어원도 호박을 의미하는 희랍어의 엘렉트론(elektron)에서 만들어졌다.

정전기는 겨울에 더 많이 발생하는데, 그 이유는 습도와 관계가 있다. 춥고 건조한 겨울에는 옷 속에 쌓인 전기가 공기 중에 흡수되지 못하고 그대로 있기 때문에 정전기가 발생하기 쉽다. 반면 습도가 높은 여름에는 옷 속에 전기가 쌓이기 전에 피부를 통해 공기에 있는 수분으로 빠져나간다.

그렇다고 여름에 정전기가 발생하지 않는 것은 아니다. 습도가 10~20%일 때 발생하는 정전기의 전압이 약 3만 5,000V라면, 습도가 60~90%일 때 발생하는 정전기의 전압은 약 1,500V로 미약하기 때문에 정전기를 잘 느끼지 못하는 것이다. 일반적으로 3,000V의 정전기가 손에 흐르면 침으로 찔린 듯한 가벼운 통증을 느끼게 된다.

정전기의 순간 전압은 높지만 전류가 거의 흐르지 않아 우리 몸에 큰 위험은 없다. 그렇다 해도 겨울철 잦은 정전기는 신경 쓰이기 마련이다. 한편으로 정전기 현상은 우리 일상생활을 더 편리하게 만들어주기도 한다. 먼지떨이나 비닐 랩, 공기청정기, 자동차 도색, 복사기 등은 모두 정전기 현상을 활용한 것들이다.