[과학 감수] 찌릿찌릿 전기 상장!? 히로세 스즈와 함께한 정전기 실험 수업 (부글부글 워드10)
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠!
얼마 전, 니혼테레비의 프로그램 ‘분토 와도 10 (沸騰ワード１０)’에 히로세 스즈 씨가 과학실에서 제 정전기 수업을 받는 내용이 방영되었습니다. 신기하고 재미있는 정전기에 대해 더 많은 분들이 친숙하게 느끼고 즐거워할 수 있는 기회가 되기를 바라며 협력했습니다.
방송 연출의 일환으로 학생 참여형 수업 방식을 도입해 학교의 협조를 받아 수업을 진행했습니다. 이번에 소개한 실험들은 대부분 제가 실제 수업에서 활용하는 것들입니다. 사실 히로세 스즈 씨의 출연은 직전까지 비밀이었어요. 실제로 스즈 씨가 오신다는 이야기를 듣고 깜짝 놀랐습니다.
오늘은 그때 진행했던 실험들을 정리하여 소개해 드리겠습니다.
※ 이 실험은 반드시 전문가의 입회하에 진행해야 합니다. 심장 박동기 착용 여부 등을 포함하여 안전에 충분히 유의하며 실험을 진행해 주세요.
‘전기 상장’의 개발과 그 원리
아마 방송 중에서도 처음 보셨을 것 같은 것이 바로 히로세 스즈 씨에게 전달했던 ‘전기 상장’일 겁니다. “대체 이게 무슨 원리일까?” 궁금해하는 분들이 많을 것 같은데요. 이 ‘전기 상장’은 프로그램의 K PD님과 H PD님(이하 두 분을 묶어 ‘D님’이라고 하겠습니다)이 “상장에 전기를 모을 수 없을까요?”라고 제안하신 것에서 시작되었습니다. 제가 일주일 정도 고민하고 D님과 의견을 주고받으며 고안해 낸 것입니다. 어쩌면 세계 최초일 수도 있겠네요! 이 영상을 확인해 보세요.
이번에 사용한 것은 교재 회사 나리카(ナリカ)에서 만든 정전기 발생 장치(반데그라프)입니다. 반데그라프는 윗부분의 구체에 마이너스 전기를 띠게 하는 장치로, 보통은 손으로 만져 몸에 전기를 모아 머리카락을 곤두세우는 실험에 사용하죠. 하지만 이번에는 ‘전기가 모인 상장을 전달한다’는 특별한 요청 때문에 새로운 방법을 생각해내야 했습니다.
우선 알루미늄 포일과 제 몸을 연결하여 양손을 자유롭게 한 상태로 전기를 축적해 보았습니다. 이 상태로 상장을 건네면 ‘찌릿’하고 전기가 통하지 않을까 시도했지만, 종이 상장으로는 잘되지 않았습니다. 그래서 상장 뒷면에 알루미늄 포일을 붙여 개선을 시도했습니다. 하지만 이것만으로는 충분한 방전 효과를 얻지 못해, 추가적인 개량을 진행했습니다.
직접 만든 절연대에 올라타 엉덩이와 반데그라프를 알루미늄 띠로 연결합니다.
몸에 전기가 모이고 있습니다.
양손이 자유로워져 상장을 건넬 수 있게 됩니다.
그다음 주목한 것이 바로 **’라이덴 병’**의 원리입니다. 라이덴 병은 전기를 저장할 수 있는 콘덴서의 일종이죠. 이 메커니즘을 응용하여 상장 뒷면에 라이덴 병과 같은 구조를 결합함으로써 더 강한 방전이 가능해졌습니다. 최종적으로는 도시락 용기 뚜껑을 사용하여 평평하고 컴팩트한 라이덴 병을 만들어 성공할 수 있었습니다.
앞면
뒷면
이 방식도 나름 괜찮았는데, D PD님이 **”제 엉덩이에 알루미늄이 늘어져 있는 모습을 찍고 싶어요!”**라고 하시는 겁니다. 이 연결된 느낌이 ‘꿀잼’ 포인트라는 거죠!
??? 아니, 그게 포인트라고요!?
D님의 ‘방송용 아이디어’에는 정말 놀랐습니다. 다른 분야 전문가의 아이디어만큼 값진 것도 없죠. 엉덩이를 활용할 생각은 전혀 못 해봤거든요. 그렇게 생각해보니, 라이덴 병처럼 전기를 한 번 저장하는 방식은 굳이 몸을 반데그라프와 연결할 필요가 없어서, D님의 의도를 100% 살릴 수 없다는 것을 깨달았습니다.
그래서 D님이 준비해 온 것이 바로 각종 생선 굽는 그릴 망과 바비큐 꼬치였습니다. 처음에 제안을 들었을 때는 ‘이런 걸로 될까?’ 하는 의문이 들었죠. 하지만 저의 모토는 “매일이 실험”입니다. 해보지 않고는 알 수 없죠!
여러 가지를 시도해 본 끝에, 플라스틱 하드 케이스에 철망을 붙이고 그 위에 상장을 올리는 방식으로 다시 실험해 봤습니다. 성공했습니다! 놀랍게도 생선 굽는 그릴 망을 통해 상대방에게 방전 현상이 일어나, **’찌릿찌릿 정전기 상장’**이 탄생한 것이죠.
이 네 가지 실험을 준비하기 위해 D님은 학교에 총 네 번이나 방문하셨습니다. 저도 힘들었지만, TV 제작자의 그 집념에 감탄했습니다. 방송을 보신 분들은 아시겠지만, 무사히 성공했습니다.
반데그라프에서 제 몸에 전기가 무사히 모이고,
히로세 씨가 상장을 만지는 순간 전기가 땅으로 흘러 손에 전류가 흐르며 ‘찌릿’하게 됩니다.
제 몸에 걸린 전압은 3만 볼트(히로세 씨의 손가락과 상장 사이에 3mm 정도의 정전기 방전이 일어났기 때문)는 되었을 겁니다. 하지만 방송에서는 보이지 않았지만, 사실 정전기 발생 장치(반데그라프)의 스위치가 금속 재질이라 제가 스위치를 OFF 할 때 한 번에 방전됩니다. 큰 전류가 흐르기 때문에 겉보기엔 단순했지만, 가장 아팠던 건 저였습니다.
별로 안 심각해 보이지만, 아픕니다.
이건 합성 사진이 아니라 실제 정전기 모습입니다. 아이고 아파!!!!
시청자 여러분은 재미있게 보셨나요? D님을 비롯한 제작진 덕분에 방송은 실제보다 1.5배 정도 더 흥미진진하게 나왔던 것 같습니다.
그 외, 방송에서 소개한 5가지 실험
TV에서 소개된 것은 다음 **5가지 실험**입니다. 사전 협의 때는 20개가 넘는 실험을 소개했지만, 출연자 소속사 사정 등으로 인해 D님이 최종적으로 선택했습니다.
모든 실험은 안전을 고려하여 사전에 충분한 예비 실험을 거쳤습니다. 다만, 정전기 물이나 백인 이어받기 실험은 심장 박동기를 착용한 분이나 외상이 있는 분에게 영향을 줄 수 있으므로 신중하게 진행해야 합니다. 또한, 라이덴 병의 전기 용량을 과도하게 키우지 않도록 주의해야 합니다.
각 실험의 방법은 아래 링크에 정리해 두었으니, 궁금한 실험은 꼭 확인해 보세요!
※ 모든 실험은 안전을 위해 여러 번 예비 실험을 했습니다. 정전기 물이나 백인 이어받기 실험은 심장 박동기 착용자, 외상 환자, 그리고 참여를 원하지 않는 학생은 절대 참여시키지 마세요. 또한, 라이덴 병의 전기 용량을 너무 크게 만들면 위험할 수 있습니다. 아이들이 할 때는 예비 실험을 하거나 반드시 어른이 동반해야 합니다.
히로세 씨가 궁금해했던 정전기 발생 장치(반데그라프, 최대 15만 볼트)에 먼저 손을 가까이 대보는 실험입니다. 방송을 보신 분들은 아시겠지만 성공했습니다! 정전기가 방전되는 모습을 선명하게 볼 수 있습니다.
물이나 차에 정전기를 모아 마시는 실험입니다. 성공 확률이 높은 편이었는데, 방송을 보시면 아시겠지만 실패를 합니다. 사실 성공까지 세 번째 만에 겨우 성공했어요. 순간 식은땀이 났습니다.
3 백인 이어받기
에도 시대 난학자(蘭學者)이자 과학자였던 ‘하시모토 소키치 선생’이 행했던 실험으로, 에도에서 유행했던 것이죠. 중학교 때 해본 분들도 많을 겁니다. 원을 만들어 정전기를 흘려보내는 실험인데, 히로세 씨는 처음 해보는 경험이라며 감격스러워하는 듯했습니다.
4 전기 인간
풍선으로 정전기를 몸에 모아 형광등을 켜는 실험입니다. 절연대가 매우 중요한데, 좋은 절연대인지가 성공 여부를 좌우합니다. 방송에서는 풍선으로 히로세 스즈 씨를 문질러 ‘전기 인간’으로 만들었습니다. 히로세 씨가 당일에 무슨 옷을 입고 올지 알 수 없었기 때문에, 저와 D님은 두 가지 도구를 준비할 수밖에 없었습니다.
그것은 풍선과 울(wool) 소재 목도리입니다. 대전열을 보면 알 수 있듯이,
저서 『과학 검정 3·4급』(고단샤, 쿠와코 켄・타케다 준이치로)
히로세 씨가 울이나 털 소재 옷을 입고 왔을 때는 고무 풍선으로, 반대로 아크릴 계열 옷을 입고 왔을 때는 울 소재 목도리로 문질러 전기를 모으는 방식이었습니다. 이 부분을 스태프분들과 몇 번이나 협의하고, 다양한 의상을 가져와 예비 실험을 했습니다. 여기서도 D님의 집념을 느낄 수 있었습니다.
결과적으로 방송을 통해 아시겠지만, 당일 울 계열 옷을 입고 오셨다는 것을 확인했기에, 알록달록한 풍선으로 문지르게 되었습니다. 참고로 히로세 씨가 신은 신발이 두꺼운 밑창(厚底)이었다는 것도 최고의 조건이었습니다.
5 전기 상장
이 페이지에서 자세히 소개한, 상장으로 방전 현상을 일으키는, 이 프로그램을 위해 특별히 고안한 실험입니다.
TV 자막에는 ‘정전기에 홀린 교사’라고 쓰여버렸지만, 저 역시 정전기의 신비로움을 정말 좋아합니다.
이번 방송을 통해 정전기의 재미와 깊이를 많은 분들에게 전달할 수 있었던 것 같습니다. 실험을 통해 과학에 흥미를 느끼고 더 깊이 배우고 싶어진 분들은 주변의 현상에도 눈을 돌려보세요.
과학의 재미는 실험을 통해 직접 경험할 때 더욱 깊어집니다. 여러분도 꼭 한번 시도해 보세요!
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