전원이 없어도 빛난다! 정전기가 빛으로 바뀌는 순간, 형광등 방전의 비밀

사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠!

“찌릿!” 겨울철 건조한 날, 문고리를 잡으려 할 때 손가락 끝에 느껴지는 그 작은 통증. 많은 사람이 “정말 싫다”고 생각하는 ‘정전기’지만, 만약 이 정전기가 가정용 전원 없이 형광등을 켤 수 있는 힘을 가지고 있다면 어떠세요? 놀랍지 않나요?

사실 그 작은 불꽃은 **수천 볼트에 달하는 ‘고전압’**의 증거랍니다. 이번에는 이 눈에 보이지 않는 강력한 에너지를 이용해 형광등을 켜는 신기한 실험에 도전해 봅시다!

형광등은 보통 가정용 전원(콘센트)에 연결하여 불을 킵니다. 형광등 관 안에는 ‘수은 가스’나 ‘아르곤 가스’가 소량 들어 있는데, 여기에 전기가 흐르면 눈에 보이지 않는 ‘자외선’이 발생합니다. 그리고 관 안쪽에 발라진 ‘형광 도료’가 그 자외선을 흡수하여 우리가 평소 보는 ‘빛(가시광선)’으로 바꿔주는 원리죠.

그렇다면 정전기로는 어떨까요? 정전기는 ‘전압’은 매우 높지만, ‘흐르는 양(전류)’은 극히 미미합니다. 하지만 형광등을 켜는 데 필요한 것은, 우선 ‘높은 전압’을 걸어 관 속의 가스에 에너지를 주는 것입니다. 문고리에서 ‘찌릿!’ 하는 스파크가 수천 볼트인 것처럼, 잘 모은 정전기는 형광등 속의 가스를 빛나게 하는 (전문용어로 ‘방전’이라고 합니다) 데 충분한 전압을 가지고 있는 것이죠.

실험 방법

정전기를 모으기 위해 ‘라이덴 병(Leyden Jar)’을 만듭니다. 라이덴 병은 정전기를 저장할 수 있는 장치로, **’세계 최초의 배터리(축전기)’**라고도 불립니다. 18세기(약 270년 전!) 네덜란드 라이덴 대학교에서 발명되어 이런 이름이 붙었습니다.

당시에는 이 병에 정전기를 모아 많은 사람이 손을 잡고 감전되는 ‘공개 실험 쇼’가 대유행했다고 합니다. 그만큼 전기를 ‘저장’하는 기술은 획기적이었던 것이죠!

라이덴 병의 안쪽과 바깥쪽에는 각각 알루미늄 포일을 붙입니다. 이 상태로 정전기를 모은 후, 형광등의 끝을 라이덴 병의 안쪽 알루미늄 포일과 바깥쪽 알루미늄 포일 사이에 가까이 가져갑니다.

준비물

라이덴 병, 풍선, 수건, 형광등(미니)

라이덴 병을 만듭니다. (만드는 방법은 여기를 참고)

라이덴 병에 풍선과 수건으로 정전기를 일으켜 모읍니다. 수건으로 문지른 풍선(마이너스 전기를 띠고 있습니다)을 라이덴 병 안쪽 알루미늄 포일에 문지르면 효율적으로 전기가 모입니다. 정전기를 모으는 방법도 여기를 참고해 주세요.

라이덴 병의 안쪽 알루미늄 포일과 바깥쪽 알루미늄 포일을 연결하듯이 형광등을 가까이 가져갑니다.

조금씩 가까이 가져가면… (두근두근!)

불이 켜졌습니다!!

라이덴 병의 안쪽에 모인 전기(마이너스)가 형광등 속 가스를 통해 바깥쪽 알루미늄 포일(플러스)로 흐르려는 순간, 관 속의 가스가 ‘방전’되어 빛을 낸 것입니다. 말 그대로 작은 번개가 형광등 안에서 일어난 것과 같습니다. 라이덴 병에 전기를 모을 때는 책받침이나 고무풍선으로 만든 정전기로도 충분히 가능합니다.

평소에는 ‘찌릿’하고 통증을 줘서 미움을 받기 쉬운 정전기지만, 그 정체는 ‘높은 전압’을 가진 훌륭한 전기 에너지라는 것을 확실히 알 수 있습니다. 옛날 과학자들도 이렇게 전기의 정체를 향해 설레는 마음으로 다가갔을지 모릅니다.

집에서도 해볼 수 있는 실험입니다. 꼭 한번 도전해 보세요!

정전기 발생 머신(밴더그래프)을 사용하면, 이런 재미있는 실험을!

이 외에도 정전기 발생 장치 ‘밴더그래프(Van de Graaff)’를 이용한 재미있는 실험도 공개하고 있습니다. 이 실험에는 히로세 스즈, 스즈키 료헤이, 야스코, 초콜릿 플래닛의 오사다, 마츠오 등과 TV 프로그램에서 진행했던 실험도 포함됩니다. 자세한 내용은 여기를 참고하세요.