전기와 전기의 발생

 

전기에 대하여

전기는 B.C 600여 년 경에 그리스 과학자 탈레스가 발견한 에너지의 한 형태이다. 전구를 밝게 빛나게 하고, 밥솥이나 다리미를 뜨겁게 할 수도 있으며, 드라이기의 열을 올리고, 선풍기의 날개를 돌릴 수 있다. 뿐만 아니라 스피커의 소리를 나게 하는 등 셀 수 없이 많을 일을 하고 있다. 또한 현대 정보화 사회에서 빼놓을 수 없는 컴퓨터의 수없이 많은 반도체 회로 속에서도 약한 전류가 흘러 정보를 연산, 저장하는 기능을 수행하게 한다. 이와 같이 공기나 물과 같이 현대 과학문명의 필수 요소인 전기의 정체를 규명하기 위해 인류는 오랜 기간동안 노력해왔다. 약 4백여 년 전부터 자연계에는 전기라는 것이 있다는 사실이 알려져 있었다. 많은 학자와 연구가들이 이에 대한 연구를 했지만, 전기가 어떻게 발생하는가에 대한 현상규명에 불과했다. 물체와 물체를 서로 문지르면 마찰전기가 일어난다거나, 천둥 번개도 일종의 전기일 것 같다는 등을 알아낼 수 있었지만, 전기 그 자체의 정체는 밝혀내지 못했다. 그러나 이러한 현상을 중심으로 한 전기의 연구는 꾸준히 계속되었다. 또 전기의 정체를 모르면서도 전기를 이용한 발명품은 계속 나왔다. 1879년 에디슨이 발명한 백열전구도 이러한 발명품 중의 하나였다. 전선을 타고 흐르는 전기의 정체는 물론 에디슨도 알지 못했었던 것이다. 전기의 정체가 처음으로 규명된 것은 1879년 에디슨이 백열전구를 발명한 이후 20년쯤이 지나서 영국의 물리학자 톰슨이라는 사람이 밝혀냈다. 톰슨은 여러가지 실험 끝에 전기라는 것이 아주 미세한 입자라는 것을 알아냈다. 그는 이 작은 입자가 빛도 만들고 열도 나게 한다는 것을 알고, 전자라고 이름을 붙였던 것이다. 이러한 마찰전기의 현상은 동서양에서 비교적 일찍부터 알려져 있었다. 기록에 남아 있기로는 기원전 6백여년 경부터의 일이다. 그 당시 그리스 사람들은 장식품으로 사용하던 호박을 헝겊으로 문지르면, 먼지나 실오라기 따위를 끌어당긴다는 것을 알고 있었던 것이다. 참고로 전기를 영어로 일렉트리시티라고 하는데, 이것은 그리스어의 일렉트론에서 유래했다. 본래 호박을 의미하는 단어이다. 번개도 구름에 모인 마찰전기가 일으키는 불꽃이며, 동양에서 쓰는 번개 전 한자는 사실 번개를 뜻하는 한자인 뇌 전에서 유래했다.

전기의 발생

원자는 원자핵과 이것들을 둘러싸고 있는 몇 개의 음전하를 갖고 음전기의 성질을 띠고 있는 전자로 구성되어 있다. 원자핵은 정전하를 가진 양전기의 성질을 띠고 있는 양자와 전하를 갖지 않는, 즉 전기적 성질을 갖지 않는 중성자로 되어 있다. 1914년 보어는 원자 중에서 가장 간단한 구조는 양자와 전자 부분으로 이루어져 있음을 제안하였다. 수소원자의 핵은 양자이며 양전하로 대전되어 있고, 궤도전자는 양자의 전하량과 같은 양의 음전하를 띠고 있다. 수소를 제외한 모든 원소의 원자핵들은 중성자를 포함하고 있다. 헬륨원자의 원자핵은 2개의 양자와 2개의 중성자를 포함하고 있으며, 핵 주위의 궤도에 2개의 전자가 있다. 정상상태에서의 원자, 즉 전기적으로 중성인 원자는 양자의 수와 전자수를 표시하므로, 이것은 바로 정상상태의 원자에 포함된 전자의 수를 나타낸다. 원자핵에서 가장 멀리 떨어져있는 최원각 궤도를 운동하는 전자는 원자핵과의 흡인력이 약하기 때문에 외부의 자극에 의해서 쉽게 원자핵의 구속에서 벗어날 수 있으며, 금속에서는 이러한 최외각 전자들이 상온에서 열에너지에 의하여 원자의 구속으로부터 벗어나게 된다. 이러한 전자들은 금속 중에서 비교적 자유롭게 움직이며 이를 자유전자 또는 전도전자라고 한다. 전기의 여러가지 현상들은 이러한 자유전자의 작용으로 이루어지며, 전류를 잘 흐르게 하는 물질 즉, 도체에는 자유전자가 많고, 이 전자의 활동이 원활하지 못하여 전기를 전도하지 않는 부도체 또는 절연체에는 자유전자가 적게 된다. 또, 전기를 전도하는 성질이 도체와 부도체의 중간에 위치하고 있는 물질을 반도체라 한다.