손끝에서 번개가! 과학의 마법 “플라즈마 볼”의 정체를 파헤치다 (피뢰침의 원리)
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.
마법의 빛처럼 손끝으로 모여드는 번개, 그 정체는?
여러분은 유리구에 손가락을 가까이 가져가면 마치 살아 있는 생명체처럼 빛의 줄기가 손끝으로 모여드는 신기한 장식품, 「플라즈마 볼」을 알고 계신가요? 환상적인 빛의 모습은 한 번 보면 잊기 어려울 정도로 마치 마법이나 SF 영화의 한 장면처럼 느껴집니다.
얼마 전 오랜만에 「쓰쿠바 엑스포 센터」를 방문했는데, 그곳에서 플라즈마 볼과 다시 만났습니다. 당시 촬영한 영상은 여기에서 볼 수 있습니다.
과학관에 설치된 플라즈마 볼은 역시 크기가 남다릅니다. 그 안에서 펼쳐지는 빛의 춤은 정말 볼 만하네요.
사실 이 플라즈마 볼은 저에게 과학에 대한 호기심의 문을 열어 준 아주 특별한 추억이 담긴 물건입니다. 저는 군마현의 평생학습센터라는 과학관 바로 근처에서 자랐습니다. 어린 시절 그곳에 상설 전시되어 있던 플라즈마 볼이나 정전기를 만들어 내는 파스칼 전선 등을 가지고 노는 것을 정말 좋아했습니다. ‘왜 빛이 손가락을 향해 모여드는 걸까?’, ‘만져도 괜찮은 이유는 뭘까?’ 어린 시절 품었던 이런 소박한 의문들이 지금의 저를 만든 것인지도 모르겠습니다. 플라즈마 볼을 볼 때마다 그 시절 과학을 보며 느꼈던 설렘이 생생하게 되살아납니다.
손끝이 피뢰침이 된다? 손으로 모여드는 빛의 비밀
플라즈마 볼의 가장 큰 매력은 뭐니 뭐니 해도 손가락을 가까이 가져가면 빛이 마치 반려동물처럼 손끝을 따라오는 모습입니다. 물론 직접 만져도 전혀 아프지 않습니다.
이 신기한 현상 뒤에는 아주 재미있는 과학적 원리가 숨어 있습니다.
먼저 유리구 안은 「플라즈마」라는 특별한 상태의 물질로 채워져 있습니다. 플라즈마는 고체·액체·기체에 이어 「물질의 제4상태」라고도 불리며, 기체에 더 많은 에너지가 가해져 전자가 떨어져 나가는 이온화가 일어난 상태입니다. 사실 밤하늘에서 반짝이는 별과 장엄한 오로라도 플라즈마가 만들어 내는 현상입니다.
플라즈마 볼 내부에서는 중앙의 전극에서 고주파 전압이 가해집니다. 그러면 플라즈마 속에서 전류가 계속 흐르려고 하면서 우리가 보는 아름다운 빛의 줄기가 만들어집니다.
그렇다면 왜 손가락을 가까이 가져가면 빛이 손끝으로 모이는 걸까요? 그 이유는 「전기는 더 잘 흐를 수 있는 곳을 따라 흐르려는 성질」이 있기 때문입니다. 우리 몸은 전기가 비교적 잘 통하는 도체입니다. 유리구에 손을 대면 갈 곳을 찾던 전기가 가장 흐르기 쉬운 경로인 「사람의 몸」을 발견하고 그쪽으로 집중됩니다. 그리고 전기는 우리 몸을 거쳐 땅으로 빠져나가게 됩니다.
놀랍게도 이때 우리의 손가락은 번개로부터 건물을 보호하는 「피뢰침」과 거의 같은 역할을 합니다. 공중에 존재하는 엄청난 전기가 가장 전기가 잘 흐르는 피뢰침으로 집중되는 것과 같은 원리가 이 작은 유리구 안에서도 일어난다고 생각하면, 왠지 가슴이 두근거리지 않나요?
좀 더 전문적인 설명이 궁금하다면 아래 링크도 참고해 보세요. 플라즈마 볼에 대해
우리 주변의 과학! 스마트폰부터 우주까지 이어지는 플라즈마의 세계
보기만 해도 황홀한 플라즈마 볼. 그런데 이곳에서 볼 수 있는 「전기가 흐르기 쉬운 곳으로 흐르는 성질」을 이용한 기술은 사실 우리 주변에서도 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 대표적인 예가 스마트폰의 정전용량식 터치패널입니다. 화면에 손가락이 닿으면 그 부분의 정전기 상태가 변하고, 스마트폰은 그 변화를 감지해 손가락이 닿은 위치를 알아냅니다. 플라즈마 볼과 스마트폰이 같은 과학적 원리로 연결되어 있다니 정말 재미있지 않나요?
이 신기한 과학 현상을 여러분도 집에서 직접 경험해 보는 것은 어떨까요? 플라즈마 볼은 생각보다 가격도 저렴해서 약 1000엔 정도부터 구입할 수 있습니다. 저도 직접 구입해서 수업 시간에 학생들에게 보여 주었는데, 플라즈마 볼을 처음 본 학생들은 신기한 빛의 모습에 모두 눈을 반짝이며 감탄했습니다.
「왜 그럴까?」라는 지적 호기심은 최고의 배움의 출발점입니다. 제가 아마존에서 구입한 제품은 이것입니다.
amazon 플라즈마 볼
라쿠텐 플라즈마 라이트 썬더볼
유리구 안에서 펼쳐지는 작은 우주. 과학의 신비를 직접 체험할 수 있는 플라즈마 볼로, 평범한 일상에 과학의 감동을 더해 보는 것은 어떨까요?
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