원자 속에서 (+) 전하는 원자핵에 단단히 묶여 있지만 (−) 전하인 전자는 비교적 자유롭게 움직일 수 있다. 두 물체를 마찰하면 한쪽이 전자를 잃고 다른 쪽이 전자를 얻어, 한쪽은 (+), 다른 쪽은 (−)로 대전된다.
같은 부호의 전하끼리는 밀어내고(척력), 다른 부호끼리는 끌어당긴다(인력). 이렇게 전하 사이에 작용하는 힘을 전기력이라 한다.
01 · 대전과 마찰 전기
두 물체가 만나면 전하가 옮겨간다
물체에 전기가 모이는 것을 대전이라 하고, 마찰로 전자가 옮겨가 생긴 전기를 마찰 전기라 한다.
● 마찰 전기 시연 — 풍선과 머리카락
+
양(+)전하
전자를 잃은 쪽. (+) 전하가 더 많다.
−
음(−)전하
전자를 얻은 쪽. (−) 전하가 더 많다.
⇆
전기력
같은 부호: 척력 · 다른 부호: 인력
● 마찰 전기열 — 어떤 물질이 (+)·(−)로 대전될까
두 물질을 마찰하면 왼쪽에 있는 쪽이 (+)전하를, 오른쪽에 있는 쪽이 (−)전하를 띤다. 둘의 위치가 멀수록 마찰 전기가 강하게 발생한다.
털가죽›
유리›
머리카락›
명주›
종이›
목재›
고무›
PVC›
에보나이트
(+)전하로 대전되기 쉬움
(−)전하로 대전되기 쉬움
예 · 털가죽과 유리를 마찰하면 둘 다 (+) 쪽이지만, 더 왼쪽인 털가죽이 (+), 유리가 (−)로 대전된다. 털가죽과 에보나이트(가장 오른쪽)를 마찰하면 둘의 차이가 매우 커서 강한 마찰 전기가 생긴다.
02 · 정전기 유도
대전체를 가까이 대기만 해도
대전체를 도체에 가까이 하면, 도체 안의 전자가 끌리거나 밀려 양 끝이 반대 부호로 대전된다. 이것이 정전기 유도다.
예를 들어 (−)로 대전된 막대를 금속 물체에 가까이 가져가면, 금속 안의 자유전자가 막대로부터 밀려나 멀어진다. 따라서 막대 가까운 쪽은 전자 부족 → (+), 막대 먼 쪽은 전자 과잉 → (−)로 대전된다. 막대를 떼면 다시 균형이 회복된다.
정전기 유도를 이용해 만든 장치가 검전기다. 금속박이 양쪽으로 벌어지는 정도로 대전 여부를 확인한다.
● 정전기 유도 — 금속 막대에 (−) 대전체 접근
ELECTROSCOPE · 검전기
검전기 — 보이지 않는 전하를 보여주는 도구
위쪽 금속판에 대전체를 가까이 가져가면 안쪽의 금속박(얇은 금박)이 같은 부호로 대전되어 서로 밀어내며 벌어진다. 정전기 유도를 이용해 전하의 유무·크기를 시각적으로 보여 준다.
금속박이 많이 벌어질수록 대전된 전하의 양이 많다는 뜻. 가장 단순한 형태의 전기 측정기다.
© Wikimedia Commons · CC BY-SA
LIGHTNING · 자연 정전기
번개 — 자연의 거대한 정전기 방전
먹구름 안에서는 위쪽 얼음 알갱이와 아래쪽 물방울이 마찰하면서 위쪽은 (+), 아래쪽은 (−)로 대전된다. 전하 차이가 너무 커지면 한순간에 공기를 뚫고 방전되는데 — 그것이 번개다.
한 번의 번개는 약 10억 V의 전압, 약 30,000 A의 전류, 표면 온도는 30,000 K(태양 표면의 5배). 1000분의 1초 안에 일어난다.
© Wikimedia Commons · CC BY-SA
형성평가
맞춘 문제 0/ 3
Q1
두 물체를 마찰했을 때 마찰 전기가 생기는 이유로 옳은 것은?
해설 · 마찰하면 전자가 한 물체에서 다른 물체로 이동한다. 잃은 쪽은 (+), 얻은 쪽은 (−)로 대전된다.
Q2
같은 부호로 대전된 두 물체 사이에 작용하는 힘은?
해설 · 같은 부호끼리는 밀어내는 척력, 다른 부호끼리는 끌어당기는 인력이 작용한다.
Q3
(−)로 대전된 막대를 금속 도체에 가까이 가져갔다. 막대 가까운 쪽 도체의 전하는?
해설 · 정전기 유도. 가까운 쪽의 자유전자가 척력으로 멀어져 가까운 쪽은 (+), 먼 쪽은 (−)로 대전된다.
핵심 정리
대전
전기를 띠는 현상
전자의 이동으로 (+)/(−) 부호 결정
마찰 전기
마찰로 전자가 이동
한쪽 (+), 다른 쪽 (−)
전기력
같은 부호 척력 · 다른 부호 인력
전하 사이의 힘
정전기 유도
접촉 없이 전하 분리
대전체 가까이 → 도체 양 끝 대전