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[짬짜면 과학 교실] 아낌없이 주는 전지

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2018년 08월 18일 17:00 프린트하기

[짬짜면 과학 교실 39] 제우스의 강력한 무기: 전기의 이용

 

GIB 제공
GIB 제공


  아낌없이 주는 전지

  _윤병무

 

  태어났을 때부터 힘이 넘치는
  저의 이름은 전지(電池)예요.
  번개의 연못이라는 뜻이어서
  전기를 연못처럼 담고 있어요.

  저는 하나일 때보다 둘일 때
  더 큰 힘을 쓸 수 있어요. 다만
  두 개의 제가 따로따로 연결돼 있으면
  저의 힘은 더해지지 않아요.

  두 개의 제가 붙어서 나열하면
  저의 힘은 두 배로 커져요.
  저는 힘을 전달하는 일이 직업이지만
  열차처럼 줄지어 주어야 더 큰 힘을 주어요.

  반대로 저의 힘을 받는 입장에서는 
  열차처럼 줄지어서 힘을 받는 것보다는
  따로따로 받아야 더 큰 힘을 얻어요.
  개인별로 상 받을 때 더 큰 격려가 되어요.

  힘을 주는 것을 전구로 예를 들어 볼까요? 
  두 개의 전지인 저를 
  (+)(-)(+)(-) 
  이렇게 일렬로 연결하면

  (+)(-)
  (+)(-)

  이렇게 저를 떼어서 연결할 때보다
  전구의 빛이 더 밝아져요.

 

  힘을 받는 것도 전구로 예를 들어 볼까요?
  두 개의 전구를 
  ♤♤
  이렇게 일렬로 저에게 연결하는 것보다

 
  ♤

  이렇게 떼어서 저에게 연결하면
  전구의 빛이 더 밝아져요.

  무엇이든 주려면 방향이 있어야 해요.
  저는 (+)에서 출발해 전기를 주고서 
  전류를 따라 (-)로 돌아와요.
  돌아올 곳이 없으면 줄 수도 없어요.
 


초등생을 위한 덧말

물질을 나누는 기준은 다양해요. 불에 잘 타거나 잘 타지 않는 것으로 나눌 수도 있고, 물에 잘 녹거나 물에 녹지 않는 물질로 나눌 수도 있어요. 또는 전기가 통하는 물질과 그렇지 않은 물질로도 나눌 수 있어요. 철, 알루미늄, 구리 등의 금속처럼 전기가 잘 통하는 물질을 ‘도체’(導體)라고 해요. 한자로는 소통할 도(導), 몸 체(體)예요. ‘(전기가) 통하는 물체’라는 뜻이에요. 반면에 나무, 모래, 유리, 고무 등과 같이 전기가 통하지 않는 물질을 ‘부도체’라고 해요. 부도체(不導體)는 도체에 앞에 ‘아닐 부(不)’ 자가 붙어 있어서 말뜻을 짐작할 수 있어요. 참고로, 컴퓨터의 부품인 반도체(半導體)는 도체 앞에 ‘절반 반(半)’ 자가 붙어 있어요. 그래서 반도체는 전기가 통하기도 하고 안 통하기도 하는 물체예요. 반도체는 낮은 온도에서는 전기가 거의 안 통하지만 높은 온도에서는 전기가 잘 통해요.


전지, 전구, 전선을 이용하여 전기의 작용을 알 수 있어요. 이 세 가지 부품은 도체와 부도체의 성질을 이용하여 만들었어요. 전지는 전기를 사용하기 위해 전기를 모아 놓은 부품이고, 전구는 전기를 받아 빛을 내는 부품이에요. 그리고 전선은 전기를 필요한 곳에 흘려보내는 부품이에요. 이 부품들을 서로 연결하여 전기가 흐르도록 만든 장치를 ‘전기 회로’라고 해요. 전기는 전기를 보내는 곳에서 전기를 받는 곳으로 전달되는데, 이때 전기가 이동하는 현상을 전류(電流)라고 해요. 한자는 번개 전(電), 흐를 류(流)예요. 전기가 강물처럼 흐른다는 뜻이지요.

 

GIB 제공
GIB 제공

전지의 전기를 전선을 통해 전구에 보내려면 반드시 전선을 전지의 (+)극과 (-)극에 닿게 해야 해요. (+)극이든 (-)극이든 어느 한쪽만 닿아서는 전류가 흐르지 않아요. 그런데 두 개 이상의 전지로 전구에 전류를 보낼 때에는 그 전지들을 어떻게 연결하느냐에 따라 전기의 양이 달라져 전구 빛의 밝기도 달라져요. 앞의 동시처럼, 전지를 (+)(-)(+)(-) 이렇게 열차처럼 일렬로 나열하는 방식을 ‘직렬연결’이라고 해요. 직렬(直列)의 한자는 곧을 직(直), 줄 렬(列)이에요. 그리고 전지들을 각각 떼어서 전선에 연결하는 방식을 ‘병렬연결’이라고 해요. 병렬(竝列)의 한자는 나란히 병(竝), 줄 렬(列)이에요. 그럼 두 개 이상의 전지들을 어떻게 연결하면 전기의 힘이 더 커질까요? 두 개 이상의 전지들을 병렬연결할 때보다 직렬연결할 때 전기의 힘이 더 커져 전구의 빛도 더 밝아져요.

 

전지의 전류를 받는 전구도 두 개 이상일 때는 전구들의 나열 방식에 따라 전구 빛의 밝기가 달라져요. 이 역시 각각의 전구에 전기의 힘이 얼마큼 작용하느냐에 따라 전구들의 밝기가 달라져요. 방금 말했듯이, 전지들이 전구에 전기를 줄 때는 직렬로 한데 모아서 주어야 전기의 힘이 더 커져 전구의 빛이 밝아져요. 그런데 전구가 전기를 받을 때는 둘 이상의 전구들이 하나의 전선에 흐르는 전류를 직렬로 받으면 전기의 힘을 전구의 수만큼 나누어 가져야 해서 전기를 많이 받을 수 없어요. 그래서 전구의 수만큼 전선의 갈래를 따서 전류를 따로따로 받으면(병렬연결) 각각의 전구에 전기를 많이 받게 되어 전구들의 빛이 더 밝아져요.

그런데 한 방향으로 흐르는 강물처럼 전류에도 전기가 흐르는 방향이 있어요. 전기 회로에서 전류가 흐르는 방향은 전지의 (+)극에서 (-)극으로 흘러요. 전기 회로에서 전류의 방향을 화살표로 표시하면 ‘전지(+)→전선→전구→전선→전지(-)’예요. 다시 말하면, 전지의 (+)극에서 나온 전류는 전구의 꼭지-필라멘트-꼭지쇠를 거쳐 전선을 타고 한 바퀴 돌아서 전지의 (-)극으로 들어가요. 이때 전선은 자석이 되어요. 전류가 흐르지 않을 때에는 자석의 성질이 없던 전선이 전류가 흐르는 동안에는 자석이 되는 거예요. 그래서 이때 전선에 나침반을 가까이 가져가면 나침반의 바늘이 반응하여 방향을 바꾸어요.

 

GIB 제공
GIB 제공

이처럼 전류가 흐르지 않을 때는 자석의 성질이 없다가, 전류가 흐를 때에는 자석의 성질이 생기는 물체를 ‘전자석’이라고 해요. ‘전기 자석’의 준말인 셈이에요. 전자석도 자석과 똑같이 N극과 S극이 나타나요. 그런데 전자석은 N극과 S극이 항상 고정되어 있는 자석과 다르게 전류의 방향을 바꾸면 N극과 S극의 방향도 바뀌어요. 그리고 전자석은 전류의 세기에 따라서 자석의 세기도 바뀌어요. 전류에 흐르는 전기의 세기가 약하면 전자석의 세기도 약해지고, 전류에 흐르는 전기의 세기가 강하면 전자석의 세기도 강해져요. 

전자석의 성질을 이용해 만든 생활용품은 많아요. 모터로 작동하는 세탁기, 헤어드라이어, 선풍기, 에어컨이나 냉장고 부품 등이 그것이에요. 또한, 스피커나 폐차장에서 자동차를 들어 올리는 기중기도 전자석의 성질을 이용해 만들었어요. 이처럼 전기는 우리 생활에서 폭넓게 사용되고 있어요. 만약에 전기를 사용할 수 없게 된다면 백 년 전으로 돌아갈 거예요. 그런데 이처럼 편리한 전기를 생산하려면 많은 자원과 비용과 위험과 노력이 따라야 해요. 자연을 해치지 않고 적은 비용으로 안전하게 전기를 생산할 수 있는 획기적인 기술도 계속 개발해야겠지만, 당장은 전기를 낭비하면 안 되겠어요.

 


 

※ 필자 소개
윤병무. 시인. 시집으로 <5분의 추억>과  <고단>이 있으며, 동아사이언스에서 [생활의 시선]과 [때와 곳]을 연재했다.

 

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