세계를 바꾼 ‘이’ 자의 충격! 브라운관에 숨겨진 전자와 자석의 이야기 (TV의 원리)
과학 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험이죠.
“요즘 TV는 얇은 게 당연하지만, 옛날 TV는 왜 그렇게 두껍고 무거웠을까요?”
이제는 중고 매장에서도 보기 힘들어진 그 묵직한 브라운관 TV. 사실 그 커다란 상자 속에는 현대 최첨단 과학으로 이어지는 놀랍고도 흥미진진한 물리학의 드라마가 숨어 있답니다. 오늘은 한때 거실의 주인공이었던 TV를 과학의 눈으로 해부해 보겠습니다.
전자총: 우리 집 거실에 있던 입자 가속기
브라운관 TV의 심장부에는 전자총이라 불리는 장치가 있습니다.
여기서 눈에 보이지 않을 만큼 작은 입자인 전자가 엄청난 속도로 발사됩니다. 이 전자가 시속 수만 킬로미터라는 맹렬한 속도로 TV 화면(스크린)에 부딪히고, 그 충격으로 형광체가 빛을 내면서 우리가 영상을 볼 수 있게 되는 것이죠.
말하자면 전자의 알갱이가 그리는 빛의 점묘화라고 할까요? 놀랍게도 과거의 가정에는 과학자들이 실험실에서나 사용하는 미세 입자 제어 장치가 아주 평범하게 놓여 있었던 셈입니다.
자, 오늘 소개해 드릴 내용은 그런 브라운관 TV를 이용한 조금 향수 어린 설레는 실험입니다. 혹시 집에 낡은 TV가 있다면 그 원리를 상상하며 읽어주세요. 제목은 바로 브라운관 TV에 자석을 가까이 대면 어떻게 될까!?입니다.
전자와 자석의 댄스: 화면이 왜곡되는 비밀
브라운관 TV 화면에 자석을 가까이 가져가면 과연 어떤 일이 벌어질까요? 그 놀라운 광경이 담긴 영상입니다.
화면에 비치는 세계가 마치 엿가락처럼 휘어지고 말았네요. 이것은 자석이 만들어내는 자기장이 TV 내부를 날아다니는 전자의 궤도를 강제로 꺾어버렸다는 증거입니다.
전자처럼 전기(전하)를 띤 입자가 자기장 속을 움직이면 로렌츠 힘이라는 특수한 힘을 받습니다.
이 힘은 전자가 나아가는 방향과 자기장 방향 모두에 수직인 방향으로 작용합니다. 그래서 화면을 향해 똑바로 날아가던 전자가 자석의 힘 때문에 휘청하며 옆으로 빗나가게 되는 것이죠.
본래 브라운관 TV는 내부의 자석(편향 코일)을 사용해 전자를 밀리미터 단위의 정밀도로 정확하게 컨트롤하며 화면 구석구석을 고속으로 스캔합니다. 그런데 외부에서 강력한 자석을 가져다 대면 그 정밀한 제어가 흐트러지면서 영상이 왜곡되거나 색이 변하게 되는 것입니다.
과학의 역사를 바꾼 찰나의 충격
이것은 국립과학박물관에 전시되었던 일본 TV 역사를 말해주는 귀중한 자료입니다.
전자총 부분
코일을 통해 자기장을 만들어 전자를 자유자재로 조종하려 했던 선구자들의 노력이 잘 느껴지시나요?
일본의 TV 연구는 1920년대 다카야나기 겐지로 박사 등에 의해 시작되었습니다. 1926년, 세계 최초로 브라운관에 비친 글자는 가타카나 이(イ)였습니다. 당시 기계식 TV가 주류였던 시절, 전자의 움직임을 제어하는 이 방식은 획기적인 발명이었죠.
우리가 지금 스마트폰이나 LCD로 깨끗한 영상을 볼 수 있는 것도, 그 뿌리를 찾아가 보면 이 자석으로 전자를 굴절시키는 기술을 갈고닦아 온 역사가 있기 때문입니다.
밤하늘의 오로라도 로렌츠 힘 때문?
사실 자석 때문에 전자가 휘어지는 이 현상은 우주 규모에서도 일어나고 있습니다. 태양에서 날아오는 전기를 띤 입자들이 지구의 자기장에 붙잡혀, 로렌츠 힘에 의해 북극이나 남극으로 유도됩니다. 그것이 공기와 부딪혀 빛을 내는 것이 바로 아름다운 오로라입니다.
즉, 브라운관 TV 속에서 일어나는 일은 우주의 신비인 오로라와 같은 원리인 셈입니다! 그렇게 생각하니 저 낡은 TV가 조금은 신비로워 보이지 않나요? 우리 주변의 당연한 것들 속에는 반드시 세상을 읽어내는 열쇠가 되는 과학이 숨어 있습니다. “왜?”라는 궁금증을 소중히 여기며, 앞으로도 과학의 신비를 함께 탐구해 봅시다!
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