빛은 왜 흔들릴까? 감각적인 램프에 숨겨진 ‘플레밍의 왼손 법칙’ (에디슨 전구와 바이브라 램프)
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험입니다.
우연히 들른 카페에서 만난 전구가 마치 살아있는 생물처럼 살랑살랑 춤을 춘다면 어떨까요? 여러분은 그 신비로운 움직임 뒤에 숨겨진 과학적 원리를 눈치챌 수 있을까요?
오늘은 150년 전 세상을 밝힌 에디슨의 열정부터, 현대의 인테리어 숍에서 발견한 재치 넘치는 전구까지, 빛이 만들어내는 진동의 이야기를 소개합니다.
세상을 밝힌 교토의 대나무! 에디슨 전구 이야기
우선 모든 것의 시작인 에디슨 전구 이야기부터 해볼까요? 얼마 전 국립과학박물관에 전시된 귀한 모습을 영상으로 담아왔습니다.
이 전구가 사실 일본과 아주 깊은 관련이 있다는 사실, 알고 계셨나요?
과거 가스등이나 아크등이 주류였던 시대, 사람들은 더 안전하고 가정에서도 간편하게 사용할 수 있는 조명을 원했습니다. 이때 발명왕 에디슨이 주목한 것이 바로 진공 상태에서 전기를 통하면 빛을 내는 필라멘트라는 소재입니다.
에디슨은 더 오래 타지 않고 버틸 수 있는 재료를 찾기 위해 전 세계 수천 가지 식물을 테스트했습니다. 그중 그가 마침내 찾아낸 최고의 소재는 놀랍게도 일본 교토의 대나무였습니다.
대나무 살을 도가니에 넣고 가열로에서 800도에서 1,000도 이상의 고온으로 정성껏 구워냅니다. 이렇게 만들어진 대나무 필라멘트는 매우 튼튼해서 실용적인 전구가 보급되는 데 크게 기여했습니다. 근대의 밤을 밝힌 그 빛을 일본의 대나무가 지탱하고 있었던 셈이죠.
전등은 왜 춤을 출까? 바이브라 램프의 정체
시간이 흘러 현대, 수도바시역 근처의 한 인테리어 숍에서 저는 아주 흥미로운 전구를 만났습니다. 마치 촛불처럼 안쪽의 빛이 살랑살랑 흔들리고 있었죠.
이름하여 바이브라 램프. 너무나 신기해서 가게 주인분께 허락을 구하고 촬영한 뒤, 그 원리를 과학적으로 해부해 보았습니다.
전·자기·력이 부리는 마법
왜 이 램프의 필라멘트는 흔들리는 걸까요? 영상과 사진을 자세히 보면, 흔들리는 필라멘트 뿌리 부분에 검고 작은 물체가 붙어 있는 것을 볼 수 있습니다.
사실 이 검은 물체의 정체는 바로 자석입니다. 전기와 자석이 만났으니 과학 시간에 배웠던 그 법칙이 떠오르시나요? 네, 바로 플레밍의 왼손 법칙입니다!
자석이 있는 공간(자기장)에서 필라멘트에 전기(전류)를 흘리면 그곳에 힘이 발생합니다. 이것이 모터를 돌리는 힘과 같은 정체죠. 여기서 더 재미있는 점은 우리가 콘센트에서 얻는 전기가 교류라는 사실입니다. 교류는 1초에 50번 또는 60번이라는 엄청난 속도로 전기가 흐르는 방향이 바뀝니다.
전류의 방향이 바뀌면 플레밍의 법칙에 의해 발생하는 힘의 방향도 함께 바뀝니다. 그 결과 필라멘트는 왼쪽 오른쪽으로 빠르게 당겨지며, 우리 눈에는 살랑살랑 춤을 추는 듯한 진동으로 보이게 됩니다. 교류의 성질을 역이용한 아주 멋지고 과학적인 아이디어죠!
우리 곁에서 맹활약 중! 교류의 진동 파워
이 교류에 의한 진동을 이용한 제품은 의외로 우리 주변에 많이 숨어 있습니다. 예를 들어 열대어를 키울 때 공기를 넣어주는 에어 펌프가 있죠. 안에는 코일과 자석이 들어있어 교류의 리듬에 맞춰 자석이 진동하고, 그 힘으로 펌프를 작동시켜 뽀글뽀글 거품을 만들어냅니다.
학교 수업의 일등 공신, 리듬의 달인
과학실에서 썼던 시간 기록계를 기억하시나요? 수레의 운동을 측정할 때 나던 그 타다닥 소리 말이죠. 그것도 사실 콘센트에서 흐르는 교류의 정확한 리듬(주파수)을 그대로 이용해서 1초에 50번 혹은 60번 점을 찍는 것입니다.
평소 당연하게 사용하는 전기가 사실은 1초에 수십 번씩 왔다 갔다 하며 진동하고 있습니다. 바이브라 램프는 그런 보이지 않는 전기의 맥동을 아름다운 빛의 댄스로 우리에게 보여주고 있는지도 모릅니다.
여러분도 집 안에 진동하고 있는 전기 제품이 있는지 한번 찾아보세요. 거기에는 에디슨도 놀랄만한 과학의 드라마가 숨어있을 거예요!
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