정전기를 모으는 라이덴병의 원리는?

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정전기를 모으는 라이덴병 (Leyden Jar)이란?

 

라이덴병은 정전기를 저장할 수 있도록 만든 최초의 장치(일종의 축전기)를 말한다. 라이덴병이 발명된 이후 수많은 과학자들이 이것으로 전기 실험을 하게 되어, 전기에 대한 많은 지식을 발견하게 되었다. 라이덴병은 오늘날 전자 부속품의 하나로 사용하는 크고 작은 다양한 콘덴서(condenser 또는 capacitor)의 원형이다.  

 

겨울철이 오면 옷에 발생하는 정전기 때문에 깜짝 놀라는 경우를 자주 경험하게 된다. 마찰에 의해 생겨나는 이러한 전기는 흐르지 않고 대전체(帶電體)에 머물러 있기 때문에 ‘정전기’(靜電氣)라 부른다. 송진 따위의 수액(樹液)이 굳어 형성된 호박(琥珀 amber)이나 유리막대 또는 플라스틱 빗을 털옷에 대고 문지르면(마찰하면) 정전기가 잘 발생한다.

 

정전기는 물체를 구성하는 분자가 전자(電子)를 잃거나 얻었을 때 생겨난다. 정전기는 시간이 지나면 저절로 방전(放電)되어 없어진다. 영어로 전자는 'electron'이라 하고, 전기는 'electricity'라 부르는데, 이 말은 호박의 그리스어인 ‘electricus’에서 나온 것이다.

 

정전기에 대한 18세기의 초기 연구자들은 정전기를 이용하여 마술을 부리기도 했다. 영국의 과학실험가인 스티븐 그레이(Stephen Gray, 1666-1736)는 1732년에 금속으로 만든 전선을 통하면 정전기를 먼 곳으로 보낼 수 있다는 사실을 발견했다. 그는 또한 인체도 전기가 통한다는 것을 알고, 사람들 앞에서 정전기에 감전되어 충격을 받는 흥미로운 실험을 해보이기도 했다.

 

1744년, 네덜란드 라이덴 대학의 뮈셴브루크(Pieter van Musschenbroek, 1692-1761) 교수는 정전기를 축적(蓄積)할 수 있는 유리병을 이용한 장치를 발명했다. 오늘날 그 축전장치를 ‘라이덴병’(Leyden Jar 또는 Leiden Jar)이라 부른다. 거의 같은 시기(1745년)에 독일의 과학자 클라이스트(Ewald Georg von Kleist 1700-1748)도 독자적으로 비슷한 구조로 축전장치를 만들었다. 그래서 오늘날 라이덴병은 두 사람이 각기 독자적으로 발명한 것으로 인정하고 있다.

 

 

 

 

라이덴병의 구조. 유리병 안과 바깥에 얇은 납판(lead foil)을 붙였으며, 유리병 입구에 청동으로 만든  막대가 달린 공처럼 생긴 전극(brass rod)을 끼우고, 그 막대 끝에는 청동 사슬을 이어 유리병 바닥에 닿도록 했다. 정전기 발생장치로 정전기(-)를 만들어 병 입구의 공 모양 전극에 접촉하면, 병 외부의 구리판에는 +정전기가 유도되어, 서로 끄는 상태가 되어 정전기는 없어지지 않고 계속 저장된다. 

 

 

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