[별별 과학] 현대문명의 에너지원, 전기

현대문명을 지탱하는 힘은 전기라고 할 수 있다. 조명과 가전제품은 물론 자동차까지 전기로 구동하려는 세상이다. 전기는 전기를 띤 입자(하전입자)에 의해 생성된다. 기원전 7세기경 고대 그리스 철학자인 탈레스는 보석의 일종인 호박(amber)을 가죽에 문지르면 주위 먼지나 지푸라기같이 가벼운 물질을 끌어당긴다는 사실을 알아냈다. 현대 과학의 용어로 정전기가 발생한 것이다.

자석도 비슷한 시기에 발견됐다. 고대 그리스 마그네시아 지역의 양치기가 쇠지팡이를 들고 다니다 이를 끌어당기는 자철석(천연 자석)을 발견했다고 한다. 자석의 영어 단어 마그넷의 어원이 마그네시아임을 추측할 수 있다.

하지만 근대까지 전기력과 자기력은 전혀 다른 별개의 자연현상으로 알고 있었다. 1820년 덴마크 과학자 한스 외르스테드는 두 힘 사이에 관련성이 있다는 사실을 처음으로 증명했다. 전선에 전류를 흘렸더니 그 주위의 나침반이 돌아갔다. 전기의 흐름, 즉 전류가 자기장을 만드는 사실을 알아낸 것이다.

이후 1831년 영국의 과학자 마이클 패러데이는 코일에 자석을 넣었다 뺐다 움직였더니 코일에 전기가 흐르는 사실을 발견했다. 자기장의 변화가 전기를 만들어내는 현상으로, 인류 문명에 전기를 제공한 ‘패러데이 법칙’으로 불린다. 이런 발견으로부터 전기와 자기는 별개의 현상이 아니라 서로 밀접한 관련이 있다는 사실이 밝혀져 당시 과학계는 충격에 휩싸였다.

현재 발전소에서 전기를 만드는 원리는 패러데이 법칙을 따른다. 발전기 축에 영구자석을 달고 축 주변에 코일을 고정한다. 발전기를 돌려 자기장을 변화시키면 코일에 전기가 발생한다. 우리나라 전기 표준은 60헤르츠 교류전기인데, 이는 1초에 발전기 축이 60번 회전한다는 의미다. 발전기를 돌리는 에너지원에 따라 화력발전, 수력발전, 원자력발전 등으로 나뉘지만 전기를 만드는 원리는 모두 동일하다.

이남영 과학칼럼니스트



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