주메뉴바로가기.. 본문바로가기

[2018 국제단위계 재정의 ③] 무한히 길고 무시할 수 있을…을 대신할 전류의 새 정의

카카오스토리 네이버밴드 구글플러스

2017년 07월 21일 19:30 프린트하기

1960년 제 11차 국제도량형총회에서 국제단위계 7개가 정해진 뒤에도 각 단위를 정비하려는 노력은 끊임없이 이어졌다. 길이나 시간, 광도의 단위가 11차 총회 이후 정비됐다. 나머지도 2018년 마저 정리될 예정이다. 특히 질량 다음으로 정의가 정해진 지 오래된 ‘전류’ 역시 그 대상이다.

 

GIB 제공
GIB 제공

전류의 정의는 1948년 제9차 국제도량형총회에서 정해졌다. ‘1 A(암페어)는 무한히 길고 무시할 수 있을 만큼 작은 원형 단면적을 가진 두 개의 평행한 직선 도체가 진공 중에서 1 m 간격으로 유지될 때 두 도체 사이에 매 m당 2×10-7 N의 힘이 생기게 하는 일정한 전류’라는 모호하고 긴 정의다. ‘무한히 길고’ ‘무시할 만큼 작은’ 크기가 대체 어느 정도인지 파악하기 어렵다.

 

따라서 과학자들이 ‘전류’를 새로운 방법으로 명확하게 정의하고 싶어하는 것은 물고기가 물에서 헤엄친다는 것만큼이나 당연한 일이다. 전류가 생기는 것은 전하를 띄는 입자인 전자가 움직이기 때문이다. 따라서 전자 1개가 띄는 전하량을 정확하게 안다면 1 A를 정의하기 쉽다. ‘1 A는 전하량 XXXX C(쿨롱)을 띄는 자유 전자 n개가 전자의 지름과 같은 도선을 1 초 동안 통과할 때 생기는 전류’ 같은 식으로 정의할 수 있기 때문이다.

 

※ 동아사이언스·한국표준과학연구원 공동 기획

 

전자 1개의 전하량을 측정하려는 시도는 이미 1910년부터 있었다. 미국의 물리학자 로버트 밀리컨은 평행하게 놓인 금속판 두 개 사이에 전하를 띈 기름방울을 놓고 두 금속판 사이에 생긴 전기장을 이용해 기름방울이 가진 전하량을 계산했다. 실험을 반복하면서 전하량이 어떤 값의 정수배가 된다는 것을 알게 됐다. 밀리컨은 이 공로로 1923년 노벨 물리학상을 수상했다.

 

밀리컨이 발견한 ‘어떤 값’이 바로 전자 1개가 갖는 기본 전하량 ‘e’다. 그 뒤 1930년 대에 들어서면서 다른 물리 상수들의 관계식을 이용해 e를 구하는 방법이 개발됐다. 패러데이 상수(F)와 아보가드로 상수(NA)를 이용해 하는 식이다. 여러 과정을 거쳐 지금은 초전도체 두 개 사이에서 일어나는 초전도 전자쌍에서 터널링 현상(조셉슨 효과)를 이용해 e를 측정하고 있다. 이달까지 측정한 결과를 이용해 내년인 2018년 제26차 국제도량형총회에서 새로운 정의를 합의할 예정이다.

 

새로운 정의가 내려지면 더 이상 표준 과학자들이 할 일이 없어지는 것은 아닐까. 김남 한국표준과학연구원 양자측정센터 책임연구원은 “새로운 정의가 결정되면 그 때부터 세계 표준 과학자들은 더 바빠질 것”이라고 말한다. 새로운 정의에 따라 해당 단위를 측정할 도구를 개발해야 하기 떄문이다. 문장으로 정의된 내용을 현실에서 구현해 앞으로 일상과 연구에서 사용할 수 있도록 만들어야 한다.

 

새로운 정의는 2018년 여름에 확정돼 2019년, 세계 측정의 날인 5월 20일부터 정식으로 사용될 예정이다. 2017년 7월도 이제 약 일주일 가량 남았다. 재정의에 필요한 실험도 곧 끝날 것이다. 새로운 정의가 가져올 미래가 기대된다. 

 

☞(관련기사) 새롭게 바뀌는 국제 단위 표준들... 한번에 보기 

[2018 국제단위계 재정의] 1m의 새로운 정의는?...국제단위계, 발전된 과학기술로 새롭게 정의한다

[2018 국제단위계 재정의 ①] kg, 4대 물리상수 ‘플랑크 상수’ 이용해 다시 정의한다

[2018 국제단위계 재정의 ②] 재정의되는 건 몰질량(M) 아니죠~ 물질량(㏖)입니다

[2018 국제단위계 재정의 ④] 돌고 도는 단위, 마지막으로 합류한 ‘켈빈’

 

※ 동아사이언스·한국표준과학연구원 공동 기획

카카오스토리 네이버밴드 구글플러스

2017년 07월 21일 19:30 프린트하기

 

혼자보기 아까운 기사
친구들에게 공유해 보세요

네이버밴드 구글플러스

이 기사가 괜찮으셨나요? 메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

9 + 6 = 새로고침
###
과학기술과 관련된 분야에서 소개할 만한 재미있는 이야기, 고발 소재 등이 있으면 주저하지 마시고, 알려주세요. 제보하기

관련 태그뉴스