복사기의 미스터리 해독! 정전기가 그린 ‘보이지 않는 글자’를 눈으로 확인하다

I’m Ken Kuwako, your Science Trainer. Every day is an an experiment.

복사기의 비밀을 파헤쳐 보자?! 정전기를 이용한 신기한 실험

버튼 하나만 누르면 마법처럼 종이를 복사해내는 복사기. 학교, 편의점, 사무실 등 어디서나 쓰는 기계지만, 이 기계가 어떻게 그렇게 빠르고 정확하게 복사를 해내는지 그 비밀을 궁금해 해본 적 있으신가요? 믿기지 않겠지만, 그 핵심은 바로 정전기에 있답니다. 겨울에 스웨터를 벗을 때 ‘파직’하고 튀는 그 정전기 말이에요! 보통 정전기는 귀찮게만 느껴지지만, 복사기 안에서는 ‘보이지 않는 손’처럼 작동하여 토너라는 잉크 가루를 종이에 정확하게 붙이는 아주 중요한 역할을 한답니다.

이번 글에서는 이 놀라운 정전기의 힘을 이용해 ‘보이지 않는 글씨가 마법처럼 나타나는’ 신기한 실험을 해볼 거예요. 이 원리를 알고 나면 여러분도 순식간에 ‘복사기 마법사’ 가 될 수 있을지도 몰라요! 가장 좋은 점은, 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료로 할 수 있다는 거예요. 자, 그럼 바로 시작해 볼까요?

준비물
플라스틱 판 (고기 등을 담았던 플라스틱 트레이도 괜찮아요), 수건, 스틸 울 (철 수세미), 강판 또는 줄칼.

다이소 같은 100엔 숍에서 스타이로폼 판(‘컬러 보드’ 등으로도 불려요)을 구할 수 있어요. 준비물 모두 쉽게 찾을 수 있답니다!

실험 방법
１. 플라스틱 판을 책상 위에 놓고, 손가락에 수건을 감아 글씨를 “씁니다”. 당연히 잉크는 나오지 않죠. 하지만 이 문지르는 행동이 바로 눈에 보이지 않는 마법의 ‘원고’ 를 만드는 핵심이랍니다. 이 시연에서는 “Kagaku”(과학)라고 썼어요.

２. 스틸 울을 판 위에 뿌립니다. 스틸 울을 잡고 강판(또는 줄칼)으로 세게 갈아줍니다. 스틸 울을 아주 고운 가루로 만드는 것이 포인트예요. 왜냐고요? 가루가 고와야 나중에 정전기에 더 잘 끌어당겨지기 때문이랍니다.

다칠 위험이 있으니, 반드시 어른의 도움을 받아 진행해 주세요.

３. 충분히 가루를 뿌렸다면, 판을 살짝 두드려 남은 가루를 털어냅니다. 그러면 어떻게 될까요? 수건으로 문질러 놓았던 글자가 짠! 하고 나타납니다! 정말 신기하지 않나요?

“Kagaku”(과학)라는 글자가 나타났어요!

작동 원리
자, 그럼 왜 이런 신기한 현상이 일어나는 걸까요?

스타이로폼(플라스틱 판)을 수건(천)으로 문지르면 ‘마찰 전기’ 라는 현상이 발생합니다. 서로 다른 두 물체를 문지르면 전하가 이동하면서 정전기가 생기는 원리죠. 겨울에 스웨터를 벗을 때 ‘파직’하는 것도 바로 이 원리랍니다! 이 실험에서는 판의 표면이 음전하를 띠게 됩니다.

눈에는 보이지 않지만, 문지른 부분(특히 세게 문지른 곳)에는 전기가 축적되어 있어요. 이것이 바로 핵심입니다. 판에는 정전기로 그려진 ‘보이지 않는 글씨’ 가 새겨진 셈이죠.

다음으로, 아주 잘게 간 스틸 울(금속) 가루를 뿌리면, 스틸 울 가루에는 ‘정전기 유도’ 라는 현상이 일어납니다. 판에 있는 음전하가 스틸 울 가루 속에 있는 양전하를 끌어당기는 거예요. (전기의 세계에서는 플러스와 마이너스가 서로 끌어당기는 쿨롱의 법칙이 작용하거든요!)

그 결과, 스틸 울 가루는 정전기가 쌓여있는 부분, 즉 ‘보이지 않는 글씨’ 가 그려진 곳에만 달라붙게 됩니다. 남은 가루를 톡톡 털어내면, 글자가 마법처럼 드러나게 되는 거죠!

정전기 유도에 대한 더 자세한 내용은 이 글을 참고해 주세요: “풍선을 알루미늄 캔에 가까이 가져가기“

복사기의 원리도 똑같아요!
이 실험의 기본 원리는 복사기가 작동하는 방식과 완전히 똑같습니다.

실제 복사기에서는 ‘감광 드럼’ 이라는 원통형 부품 전체에 먼저 정전기로 전하가 채워집니다. 그다음 복사하려는 문서에 강한 빛을 비추고, 그 반사된 빛이 드럼에 닿습니다.

문서의 ‘하얀 종이’ 부분에서 반사된 빛은 드럼에 있는 정전기를 방전시킵니다 (빛이 닿으면 전하가 사라지는 특수한 성질을 이용한 거예요).

그 결과, 드럼 위에는 ‘검은 글씨나 그림’ 부분(빛이 반사되지 않은 곳)에만 전하가 그대로 남아있게 됩니다. 이것이 바로 우리가 실험에서 만든 ‘보이지 않는 글씨’ 와 똑같은 상태가 되는 거죠!

그리고 나서 아주 고운 잉크 가루인 토너 (우리 실험의 스틸 울 가루와 같은 역할!)를 뿌려줍니다. 토너는 정전기가 남아있는 부분 (검은 글씨 부분)에만 끌어당겨져 달라붙습니다.

마지막으로, 그 토너 이미지를 종이에 옮기고 열을 가해 단단히 붙여주면 (정착), 복사가 완성되는 거예요! 일상에서 쓰는 복사기 안에 이렇게 재미있는 과학 원리가 숨어있다니 정말 놀랍죠! 이 실험은 집에서도 쉽게 할 수 있고, ‘비밀 메시지’ 가 나타나는 재미도 쏠쏠하답니다. 꼭 한번 시도해 보세요!

정전기 발생기(반데그라프)를 이용한 재미있는 실험들도 확인해 보세요!
대규모 정전기 시연에는 반데그라프 정전기 발생기가 최고예요! 저희는 이 발생기를 이용한 흥미진진한 실험들도 공개하고 있답니다. 히로세 스즈, 스즈키 료헤이, 야스코, 초콜릿 플래닛의 오사다&마츠오 같은 유명 연예인들과 함께 TV 프로그램에서 진행했던 실험들도 포함되어 있어요. 더 자세한 내용은 여기를 클릭!

※ 정전기 발생기(반데그라프)를 이용한 실험은 반드시 전문가의 지도 아래 안전하게 진행해야 함을 알려드립니다. 정전기 시연(과학 수업, 방송 감수/출연 등)에 대한 문의는 여기로 연락 주세요.

[특집 기사] 멈출 수 없는 재미! 정전기 실험 모음

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