피카츄를 뛰어넘는 15만 볼트를 체험하라! 정전기 발생 장치가 보여주는 놀라운 방전 현상 (반데그래프)
과학 트레이너 쿠와코 켄입니다! 이 사이트에서 함께 과학을 즐겨봐요.
건조한 겨울날, 문손잡이를 만지는 순간 “찌릿!” 하고 불꽃이 튀어 깜짝 놀란 경험, 다들 있으시죠? 작지만 확실히 따끔한 그 “정전기”. 사실 그 현상이 우리가 잘 아는 ‘그’ 캐릭터의 필살기와 놀라울 만큼 관련이 있다는 사실을 아시나요?
바로 포켓몬스터 피카츄가 쏘는 “10만 볼트”⚡입니다!
만약 그 문손잡이의 “찌릿!”이 피카츄의 기술을 뛰어넘는 힘을 숨기고 있다면…? 오늘은 이렇게 짜릿하고, 조금은 따끔한 (웃음) 정전기의 깊고 위대한 세계로 여러분을 안내하겠습니다!
피카츄를 뛰어넘었다!? 15만 볼트의 충격⚡
정전기 발생 장치! 반데그라프!
피카츄의 필살기 “10만 볼트”는 워낙 유명하지만, 사실 나리카(ナリカ) 사의 정전기 발생 장치(반데그라프)가 만들어내는 전압은 무려 최대 15만 볼트! 네, 피카츄를 뛰어넘습니다!
그런 반데그라프를 작동시키고 손을 가까이 대면 어떻게 될까요? 무려 10cm나 떨어진 곳에서 눈에 보이는 번개가 손끝을 향해 날아옵니다. 그 박진감 넘치는 모습을 영상에 담았으니 꼭 확인해보세요.
사실 이 실험은 예전에 TV 프로그램에서 여배우 히로세 스즈 씨와 함께 했던 거예요. 히로세 씨가 반데그라프에 살짝 손을 가까이 대고 방전을 체험했죠. (불꽃이 잘 튀도록 손등을 보이게 하는 게 작은 팁입니다!) 자세한 내용은 여기에서 확인하세요.
왜 아픈 걸까? 정전기의 “찌릿!” 정체
스위치를 끄려다가… 더 대단한 일이!?
방전되는 순간, 반데그라프에 쌓였던 마이너스 전기가 한꺼번에 손을 통해 발로 흐르면서 찌릿한 통증을 느낍니다. 그런데 왜 “아플”까요?
사실 우리 몸은 평소에도 미세한 전기 신호로 근육을 움직입니다. 뇌에서 “팔을 움직여!”라는 명령도 전기 신호로 신경을 타고 근육에 전달되죠. 그런데 반데그라프처럼 강력한 전기가 갑자기 흘러 들어오면 근육이 놀라서 본인의 의지와 상관없이 ‘움찔’하고 수축해 버립니다. 이 급작스러운 근육 수축이 “움찔”하는 움직임과 불쾌한 “통증”의 정체인 거죠.
실제로 빛을 포착해 보면 이렇게 아름다운(?) 번개가 칩니다.
참고로 이 실험을 마치고 스위치를 끄려고 하다가 다시 한번 격렬한 “찌릿!”을 느꼈습니다! 스위치 금속 부분에도 전기가 쌓여 있었던 것 같아요… 끙. 과학의 재미는 때때로 예상치 못한 형태로 우리를 공격합니다 (웃음).
【과학적 고찰】 피카츄의 10만 볼트는 정말로 닿을까?
피카츄의 10만 볼트는 어느 정도 거리에서 방전될까?
자, 여기서 질문입니다. 피카츄의 “10만 볼트”는 과연 어느 정도 거리까지 닿을까요?
현실 세계에서 공기를 가르고 전기가 날아가려면(방전되려면) 엄청난 에너지가 필요합니다. 대략적으로 공기 중에서 1cm 방전하는 데 약 3만 볼트의 전압이 필요하다고 합니다.
이를 바탕으로 계산해 보면, 우리의 반데그라프 15만 볼트도 방전 거리는 약 5cm. 애니메이션처럼 멀리 떨어진 상대에게 전격을 날리는 것은 물리 법칙상 상당히 어렵습니다. 피카츄가 현실의 법칙을 따른다면, 상대에게 닿을 만큼 가까이 가지 않으면 기술이 맞지 않을지도 모르죠. 그렇다면 주먹으로 때리는 게 더 빠를지도…?
하지만 잊지 말아야 할 것이 바로 “전류”의 존재입니다.
보통 전압은 “전기를 밀어내는 힘(폭포의 높이)”, 전류는 “흐르는 전기의 양(폭포의 수량)”에 비유됩니다.
정전기는 전압이 매우 높지만(폭포가 높지만), 전류가 아주 작아서(수량이 졸졸) 찌릿하는 정도로 끝납니다. 하지만 가정용 콘센트의 전기는 전압은 100볼트로 낮지만 전류가 크기 때문에 매우 위험합니다. 피카츄의 기술이 정말 무서운 이유는 어쩌면 그 “전류”의 크기에 있을지도 모르겠네요.
실험실의 불꽃과 하늘에 빛나는 “번개”의 신비한 연결
불꽃 방전과 번개의 신비
반데그라프에서 보여드린 불꽃 방전. 이 작은 번개를 더 지속적으로 관찰할 수 있는 것이 유도 코일입니다.
실험실의 불꽃 방전은 1m당 300만 볼트라는 매우 강한 전계가 있어야 발생합니다. 하지만 자연계의 “번개”는 그보다 훨씬 약한 1m당 20만 볼트 정도의 전계에서 발생하는 것으로 알려져 있습니다.
왜 번개는 이렇게 “연비 좋게” 방전할 수 있을까요?
사실 이 수수께끼는 아직 과학적으로 완전히 밝혀지지 않았습니다. 하지만 유력한 가설 중 하나는 바로 저 멀리 우주에서 날아오는 **”우주선(cosmic ray)”**과 관련이 있다는 것입니다. 눈에 보이지 않는 작은 우주선이 공기 분자와 부딪혀 이온화시키고, 전기가 흐를 수 있는 “길”을 만들어주면서 원래보다 훨씬 낮은 전압에서도 번개가 발생하기 쉬워지는 것이라고 추측되고 있습니다.
문손잡이의 작은 불꽃에서 시작된 이야기가 설마 거대한 우주 이야기로 이어질 줄이야, 정말 흥미롭지 않나요?
참고로 진짜 번개의 에너지는 차원이 다릅니다. 위키피디아에 따르면, 낙뢰 시의 전압은 무려 200만~10억 볼트, 전류는 1천~50만 암페어에 달한다고 합니다. 피카츄의 10만 볼트가 귀엽게 느껴질 정도의, 그야말로 천재지변급의 에너지죠!
정전기로 더 신나게 놀아보자!
정전기 발생 머신(반데그라프)을 사용하면 이런 재미있는 실험을!!
반데그라프를 사용하면 오늘 소개한 것 외에도 수많은 재미있는 실험을 할 수 있습니다. 머리카락이 곤두서거나 형광등에 불이 들어오거나…! 이 실험들 중 일부는 히로세 스즈 씨, 스즈키 료헤이 씨, 야스코 씨, 초콜릿 플래닛 두 분 등 많은 연예인과 TV 프로그램에서도 진행했습니다. 자세한 내용은 여기에서 확인하세요.
※정전기 발생 장치(반데그라프)를 이용한 실험은 반드시 전문가의 지도하에 안전에 충분히 주의하며 진행해 주세요. 정전기 실험 관련 의뢰(실험 교실, TV 자문 및 출연 등)는 이곳으로 부탁드립니다.
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