마법이 아니다! 풍선이 물을 구부리는 신비한 힘의 과학 (정전기 실험)

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠!

겨울에 스웨터를 벗을 때 “따닥!” 문고리를 잡는 순간 “찌릿!” 우리 주변에는 눈에 보이지 않지만 확실히 존재하는 신비한 힘, 바로 정전기가 넘쳐납니다. 그런데 이 정전기가 마치 마법처럼 ‘물을 조종하는 힘’을 가지고 있다는 사실을 알고 계셨나요? 오늘은 풍선과 수돗물만으로 경험할 수 있는 아주 신기하고 재미있는 과학 실험을 소개합니다. 자, 우리 함께 과학 마법의 세계로 떠나볼까요!

자, 마법을 준비해 볼까요!

준비물

• 풍선
• 손수건, 수건, 티슈페이퍼 등 (반드시 마른 것)
• 수도꼭지

실험 방법

1. 먼저, 수도꼭지를 돌려 물이 마치 실처럼 가늘고 졸졸 흐르도록 조절합니다. 그곳에 아직 아무것도 하지 않은 풍선을 가까이 대보세요. …아무 일도 일어나지 않죠? 좋습니다!
2. 다음으로, 풍선을 손수건이나 티슈로 아주 열심히 문지릅니다. 머리카락에 문지르는 것도 효과 만점이에요. 이것이 바로 마법의 주문입니다!
3. 자, 다시 한번, 가늘게 흐르는 물에 문지른 풍선을 천천히 가까이 대보세요. 어떤가요? 놀랍게도 물이 마치 살아있는 것처럼 풍선 쪽으로 ‘휘익’ 하고 끌려올 것입니다! 이 영상을 확인해 보세요.

마법의 정체를 과학으로 파헤쳐 보자!

왜 이런 신기한 현상이 일어나는 걸까요? 그 비밀은 물질을 이루는 아주 작은 알갱이의 세계에 숨겨져 있습니다.

단계 1: 풍선이 전기를 띠는 원리

우리 주변의 모든 물체는 ‘원자’라는 알갱이로 이루어져 있습니다. 그리고 원자 안에는 플러스(+) 전기와 마이너스(–) 전기가 같은 수만큼 들어있어, 평소에는 균형을 이루고 있죠. 하지만 풍선을 천으로 문지르면, 마찰에 의해 천이 가지고 있던 마이너스 전기(전자)가 풍선으로 ‘이사’를 가버립니다. 그 결과, 풍선은 **마이너스 전기를 잔뜩 가지게 된 상태(대전)**가 되는 것입니다. 이것이 바로 정전기의 정체입니다.

단계 2: 물 분자의 비밀

한편, 물 역시 ‘물 분자(H2​O)’라는 알갱이로 이루어져 있습니다. 이 물 분자는 사실 약간의 ‘개성’을 가지고 있는데요. 물 분자는 하나의 산소 원자(O)와 두 개의 수소 원자(H)가 마치 미키마우스 귀처럼 붙어있는 모양을 하고 있습니다. 그리고 원자의 종류에 따라 전기를 끌어당기는 힘의 세기가 다르기 때문에, 분자 전체로 보면 산소 원자 쪽이 아주 조금 마이너스 전기를, 수소 원자 쪽이 아주 조금 플러스 전기를 띠게 되는 ‘극성’이라는 성질을 가집니다.쉽게 말해, 물 분자는 하나하나가 아주 작은 자석과 같은 것입니다.

단계 3: 서로 끌어당기는 힘

자, 이제 준비가 끝났습니다. 마이너스로 대전된 풍선이라는 ‘거대한 마이너스 힘’이 다가오면, 작은 자석과 같은 물 분자들은 어떻게 될까요? 맞습니다! 물 분자들은 자신이 가지고 있는 플러스 부분(수소 원자 쪽)을 풍선의 마이너스 쪽으로 향하게끔 일제히 ‘휙’ 하고 방향을 바꿉니다. 이 수많은 물 분자들의 ‘방향 전환’이 모이면서, 물 전체의 흐름이 마치 실에 이끌리듯 풍선 쪽으로 끌어당겨지는 것입니다.

더욱 놀라운 정전기의 세계로!

이 작은 실험으로 정전기의 매력에 눈을 떴다면, 더 강력한 세계를 엿보는 건 어떨까요?과학 세계에는 **반데그라프(Van de Graaff)**라는 거대한 정전기 발생 장치가 있습니다. 이것을 사용하면 머리카락이 솟아오르거나, 형광등을 만지지 않고도 빛나게 하는 등 마치 $\text{SF}$ 영화에서나 나올 법한 실험을 할 수 있습니다! 이 실험에는 히로세 스즈, 스즈키 료헤이, 야스코, 초콜릿 플래닛의 오사다 상, 마츠오 상 등과 TV 프로그램에서 함께 진행했던 실험도 포함됩니다.자세한 내용은 여기를 참고하세요.https://phys-edu.net/wp/?p=34632※ 참고로, 정전기 발생 장치(반데그라프)를 이용한 실험은 반드시 전문가의 입회 하에 진행해 주십시오. 안전에 유의하여 시도해 주시기 바랍니다. 또한 정전기 실험에 관한 의뢰(실험 교실, $\text{TV}$ 자문/출연 등)는 여기에서 부탁드립니다.

【특집】멈출 수 없는 재미! 정전기 실험

 

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