왜 비눗방울은 정전기에 끌려오고, 종이 나비는 도망칠까? 전기의 놀라운 비밀!
안녕하세요! 과학 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 즐거운 실험의 연속이죠.
둥실둥실 공중을 떠다니는 비눗방울. 평소에는 바람이 부는 대로, 중력이 이끄는 대로 마음 편히 날아다니지만, 만약 우리가 ‘보이지 않는 힘’을 가까이 가져다 대면 어떻게 될까요? 맞아요, 머리카락을 쭈뼛 서게 만들거나 스웨터를 벗을 때 ‘지지직’ 소리를 내는 범인, 바로 정전기입니다. 보통은 바람에 실려 가기만 하던 비눗방울이 정전기를 만나면 움직임이 어떻게 변할까요? 책받침에 머리카락이 달라붙듯 비눗방울도 반응할까요? 상상만 해도 두근거리지 않나요? 그래서 바로 실험해 보았습니다!
준비물
- 풍선
- 수건 (울이나 면 소재를 추천합니다)
- 비눗방울 세트
실험 방법
도구를 준비하고, 먼저 풍선을 수건으로 쓱싹쓱싹 힘차게 문질러서 정전기를 일으켜 줍니다.
2. 비눗방울을 살살 불어 날려주세요.
3. 날아다니는 비눗방울 근처에 정전기를 가득 머금은 풍선을 가져다 댑니다.
어떠셨나요? 정말 신기하죠!
비눗방울이 마치 마법에 걸린 것처럼 풍선을 향해 ‘슈우웅’ 하고 끌려갑니다.
도망가는 실험 vs 다가오는 실험
여기서 잠깐, 같은 정전기를 이용한 다른 실험인 ‘정전기 나비’와 비교해 볼까요?
영상을 보면 휴지로 만든 나비는 정전기가 있는 물체로부터 도망치듯 멀어집니다. 비눗방울은 끌려오고, 나비는 도망가고…. 완전히 반대되는 움직임이죠. 왜 이런 차이가 생기는 걸까요?
원리 파헤치기: 끌어당기는 힘의 정체
먼저 풍선을 수건으로 문지르면 정전기가 발생합니다. 보통 풍선(고무나 비닐)을 수건(면이나 양모 등)으로 문지르면 전자(마이너스 전기)를 받아오기 쉬워 마이너스(－) 성질을 띠게 됩니다. 반면 비눗방울은 비누와 물로 이루어져 있죠. 바로 이 ‘물’ 속에 비밀의 열쇠가 숨어 있습니다. 물 분자(H2O)는 조금 독특한 구조를 가지고 있어요. 전체적으로는 중성(플러스도 마이너스도 아님)이지만, 분자 안에서 산소(O) 쪽은 살짝 마이너스(－)를, 수소(H) 쪽은 살짝 플러스(＋) 전기를 띠고 있답니다. 이것을 전문 용어로 극성이 있다고 말하죠. 아래 영상처럼 물은 전기에 반응합니다.
여기에 마이너스(－)로 대전된 풍선을 가까이 가져가면 어떻게 될까요? 맞습니다! 물 분자의 플러스(＋) 부분(수소 쪽)이 풍선의 마이너스 전기에 이끌려 풍선 쪽으로 방향을 홱 틀어버립니다.
(※ 위 그림은 플러스 전기를 가까이했을 때의 예시이지만, 마이너스 풍선을 가져가면 물 분자의 플러스 쪽이 끌려오게 됩니다.)
비눗방울 내에서 풍선과 가까운 쪽에는 플러스 전기가, 먼 쪽에는 마이너스 전기가 모이게(분자들이 재배열됨) 되는 것이죠. 이를 정전기 유도(더 정확하게는 유전 분극)라고 합니다. 풍선에 끌려가는 플러스 전기가 밀어내는 마이너스 전기보다 풍선에 미세하게 더 가깝기 때문에, 결과적으로는 끌어당기는 힘이 더 강하게 작용합니다. 이것이 중성인 비눗방울이 풍선에 착 달라붙으려 하는 이유입니다.
그럼 정전기 나비는 왜 도망갔을까요?
이건 비눗방울(물)과 나비(종이)의 성질 차이 때문입니다. 종이 나비는 정전기를 띤 물체에 닿거나 아주 가까워지면 전기(전자)가 퐁 하고 옮겨가 버립니다. 그래서 나비 자체가 풍선과 똑같은 마이너스 전기를 띠게 되죠. 자석의 같은 극(N극과 N극 등)이 서로 밀어내듯, 같은 종류의 전기는 서로 밀어냅니다. 그래서 나비는 도망가게 되는 것이죠. 비눗방울은 전기가 옮겨가는 것이 아니라 물 분자가 정렬되면서 끌려오는 것이었고요. 정말 흥미롭지 않나요?
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정전기의 힘을 더욱 강력하게 만들면 훨씬 역동적인 실험을 할 수 있습니다. 다른 대규모 정전기 실험 영상들도 공개하고 있는데요, 이 실험들 중에는 일본의 유명 연예인들과 함께 TV 프로그램에서 진행했던 흥미진진한 내용도 포함되어 있습니다. 자세한 내용은 여기를 클릭해 보세요.
https://phys-edu.net/wp/?p=34632 주의사항: 정전기 발생 장치(반데그래프)를 이용한 실험은 반드시 전문가의 지도하에 안전하게 진행해야 합니다. 사고가 나지 않도록 꼭 주의해 주세요. 또한 정전기 실험 관련 의뢰(실험 교실, TV 감수 및 출연 등)는 이쪽으로 연락 부탁드립니다.
【특집】 한 번 빠지면 멈출 수 없다! 정전기 실험 시리즈
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