꼬마전구와 아날로그 계기판은 이제 안녕! 이렇게나 깔끔해진 전류 실험.
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.
“전기는 도중에 사라져 버리는 걸까?” 이런 소박한 궁금증을 가져본 적 있나요? 사실 이건 과학 수업에서도 학생들이 자주 헷갈려 하는 포인트입니다. 전류는 회로 중간에 있는 저항기나 꼬마 전구를 지나면 줄어드는 걸까요? 아니면 그대로일까요? 이번에는 옴의 법칙 실험을 준비하는 단계로서, 전류의 기본적인 성질을 알아보는 실험을 소개합니다. 전기 수업 4차시 기록입니다. 지금까지의 흐름은 아래를 참고해주세요.
꼬마 전구로 확인해보자! 건전지와 회로 실험
4차시에서는 먼저 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 건전지와 꼬마 전구를 이용해 회로를 구성했습니다. 건전지 개수를 바꿔 전압을 변화시키면서 “꼬마 전구 앞뒤에서 전류의 크기는 어떻게 달라질까?”를 전류계로 측정해 확인합니다。 
먼저 가설을 세워 보았습니다. 꼬마 전구로 들어가기 전 전류를 I1, 나온 뒤 전류를 I2라고 할 때, I1과 I2의 관계를 생각해보았습니다. I1이 더 크다는 의견이 약 2/3, I1과 I2가 같다는 의견이 약 1/3, 그리고 소수지만 I2가 더 크다는 의견도 있었습니다. I1이 더 크다고 생각한 이유는 전구에서 전기가 소비되기 때문에 줄어들 것이라는 가설이 대부분이었습니다. I1과 I2가 같다고 본 의견은 혈액의 흐름처럼 전류도 흐름 자체는 변하지 않을 것이라는 생각이었고, I2가 더 크다고 본 의견은 전류의 흐르는 방향이 반대라는 이야기를 들어서 그런 추측을 한 경우였습니다。
올해부터 도입한 “푸치 미터”라는 소형 전류계를 사용하면서 회로가 훨씬 깔끔하게 정리되고, 측정하고 싶은 지점을 한눈에 파악할 수 있게 되었습니다. 이 깔끔함은 뭐지!
실제로 실험을 해본 모습입니다。
전류는 꼬마 전구의 앞뒤에서 변하지 않습니다. 이는 전기가 “소모되어 사라지는 것”이 아니라, 에너지가 빛과 열로 변환될 뿐이며, 전하(전자)는 회로를 계속해서 순환하기 때문입니다. 수도관 안을 흐르는 물처럼, 중간에서 물이 사라지지 않는 것과 비슷한 이미지로 생각하면 이해하기 쉽습니다。
같은 실험을 이번에는 꼬마 전구 대신 저항기로도 진행했습니다. 결과는 동일! 저항기 앞뒤에서도 전류 값은 변하지 않았습니다. 이는 “전류 보존”이라고도 할 수 있는 성질로, 직렬 회로에서는 어디에서 측정해도 전류가 일정하다는 점을 보여줍니다. 옴의 법칙을 배우는 데 매우 중요한 기초입니다。
꼬마 전구에서 저항기로 — 도구의 변화가 실험을 바꾼다
꼬마 전구는 친숙하고 이해하기 쉬운 교구지만, 정격 전압을 넘으면 쉽게 끊어지는 단점이 있습니다. 전압을 세밀하게 바꾸며 반복 실험을 하기에는 적합하지 않습니다. 그래서 앞으로는 더 안정적으로 사용할 수 있는 저항기로 전환합니다! 이제 꼬마 전구와는 작별입니다。
전원 장치 Petit-X로 전압을 자유롭게 조절!
저항기 외에 또 하나의 큰 변화는 전원 장치 Petit-X(푸치엑스)의 도입입니다。
전원 장치 Petit-X(푸치엑스)
건전지는 1.5V 단위로만 전압을 바꿀 수 있지만, 전원 장치를 사용하면 전압을 자유롭고 세밀하게 조절할 수 있습니다. 이를 통해 전압과 전류의 관계를 매끄러운 그래프로 기록할 수 있고, 옴의 법칙(전압 = 전류 × 저항)의 아름다운 비례 관계가 또렷하게 드러납니다。
푸치엑스를 사용하면 대형 전원 장치를 사용할 때보다 회로 전체가 훨씬 컴팩트해지고, 배선도 깔끔해집니다. “어디에 무엇이 연결되어 있는지”를 시각적으로 이해하기 쉬워집니다。
푸치엑스를 사용해 동일하게 1.5V 조건에서 실험해 보니, 건전지와 같은 결과가 나오는 것도 확인했습니다. 건전지는 소모되면 교체가 필요하지만, 푸치엑스는 그런 번거로움이 없습니다. 건전지와도 이제 작별입니다。
도구를 정비하는 것만으로도 실험의 정확도와 학생들의 이해도가 동시에 높아집니다. 말 그대로 “도구가 실험을 바꾼다”는 이야기입니다。
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