“찌릿!”의 정체 공개! 반데그라프 몬스터로 전기의 힘을 눈으로 보다!
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠.
추운 겨울날, 스웨터를 벗는 순간 ‘파지직!’ 하고 불꽃이 튀거나, 책받침으로 머리를 문지르면 머리카락이 붕 뜨는 현상. 누구나 한 번쯤 경험해봤을 법한 신기한 일이죠. 바로 ‘정전기’입니다. 평소에는 조금 귀찮기만 한 정전기이지만, 만약 그 힘을 엄청나게 강력하게, 눈에 보이는 형태로 뽑아내는 장치가 있다면 어떨까요? 오늘은 그런 정전기의 ‘괴물 머신’인 ‘반데그라프(Van de Graaff)’ 발전기를 사용해 종이가 놀라운 모습으로 변신하는 실험을 소개합니다!
정전기의 괴물 머신? ‘반데그라프’란 무엇일까요?
여러분은 ‘정전기’라고 하면 물체와 물체가 마찰하면서 전기가 이동해 ‘대전(帶電)’되는 현상을 떠올리실 겁니다. 반데그라프는 바로 그 ‘마찰’ 작업을 기계가 초고속으로, 끊임없이 수행하는 장치입니다. 내부에는 고무 벨트가 들어있는데, 이 벨트가 빠르게 회전하면서 아래쪽 롤러와 마찰합니다. 거기서 발생한 정전기를 컨베이어 벨트처럼 위쪽의 커다란 금속 구(球)로 계속 운반해 쌓아 올리는 것이죠.
작동 원리는 풍선을 비단 천으로 문질러 정전기를 모으는 것과 완전히 똑같지만, 그 힘(모을 수 있는 전기의 양)은 차원이 다릅니다! 자, 그럼 이 반데그라프에 종이를 붙인 채로 스위치를 켜면 과연 어떤 일이 벌어질까요?
실험 시작! 종이가 “모뱌앙(もびゃーん)!”
이번에 사용할 종이는 켄트지입니다. 한지처럼 얇고 가벼운 종이도 변화가 확연히 보여서 추천합니다. 이 종이를 반데그라프의 금속 구에 붙인 상태로 스위치를 켭니다!
모뱌앙(もびゃーん)!!
종이는 왜 사방으로 솟아오르는 걸까요?
종이가 대단한 기세로 솟아오르며 마치 구(球)에서 머리카락이 자라난 것처럼 사방으로 펼쳐졌습니다! 정말 흥미롭죠? 대체 왜 이런 일이 벌어진 걸까요? 먼저, 반데그라프 스위치를 켜면 금속 구에 엄청난 양의 정전기(예를 들어 마이너스 전하)가 쌓입니다. 이 전하가 붙어있던 켄트지에도 흘러들어갑니다. 그렇게 되면 켄트지 한 장 한 장이 모두 같은 종류(마이너스)의 전하를 띠게 됩니다.
여기서 중요한 것이 바로 **’같은 종류의 전하는 서로 강하게 밀어낸다’**는 성질입니다. 자석의 N극과 N극을 가까이하면 밀어내듯이, 마이너스 전하를 띠게 된 종이들도 ‘저리 가!’ 하듯 서로 강하게 반발합니다. 게다가 전기의 발생원인 금속 구로부터도 반발력을 받죠. 그 결과, 종이는 ‘서로에게서, 그리고 구에서도 최대한 멀리 떨어지고 싶다!’는 힘이 작용하는 대로 저렇게 아름다운 방사형으로 퍼지는 것입니다.
이것은 눈에 보이지 않는 전기의 힘의 방향(전기력선)을 종이를 이용해 ‘시각화’한 실험이라고도 할 수 있습니다.
비닐 테이프로, 더 격렬하게!
좀 더 간편하게, 그리고 더 격렬하게 이 현상을 보고 싶다면 비닐 테이프를 사용하는 것도 추천합니다. 이렇게 붙이고…
스위치 ON! 영상으로 꼭 확인해 보세요!
이야~!!
종이보다 가벼운 비닐 테이프는 반발력이 훨씬 더 직접적으로 전달되어 마치 대폭발을 보는 것 같습니다!
전기가 빠져나가면, 힘은 사라진다!
자, 그럼 이렇게 솟아오른 종이나 테이프에 다른 금속 구(접지 구)를 가까이 대보면 어떻게 될까요?
툭 하고 떨어집니다.
손가락으로 만져도 마찬가지입니다. 
툭 하고 떨어집니다.
이것은 반데그라프에 쌓여있던 전기가 접지 구(球)나 우리 몸(손가락)을 통해 한꺼번에 빠져나가는 ‘방전‘이라는 현상입니다. 겨울철 문고리를 잡을 때 ‘파지직!’ 하고 아픈 것도 몸에 쌓인 정전기가 금속으로 방전되는 증거. 원리는 완전히 똑같습니다. 전기가 빠져나가 버리면, 종이끼리 서로 밀어내던 힘도 사라지고 중력에 따라 원래 위치로 털썩 떨어지게 되는 것이죠. ‘파지직’ 아프기만 한 귀찮은 존재라고 생각했던 정전기가, 사실 이렇게나 강한 ‘반발력’을 가지고 있었다니, 정말 재미있지 않나요?!
정전기 발생 장치(반데그라프)를 활용한 다른 재미있는 실험들!!
이 외에도 반데그라프를 사용한 재미있는 실험들을 공개하고 있습니다. 이 실험 중에는 히로세 스즈, 스즈키 료헤이, 야스코, 쵸콜렛 플래닛의 오사다, 마츠오 씨 등과 TV 프로그램에서 함께 진행했던 실험도 포함되어 있습니다. 자세한 내용은 여기를 참고하세요.
※ 정전기 발생 장치(반데그라프)를 이용한 실험은 반드시 전문가의 입회하에 진행해 주십시오. 안전에 유의하여 시도해 주시기 바랍니다. 정전기 실험 관련 문의(실험 교실, TV 자문/출연 등)는 여기로 부탁드립니다.
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