검전기

안녕하세요.

제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.

위 그림에서 보이는 것은 '검전기'라는 실험도구 입니다.

▶ 검전기 [electroscope, 檢電器]

- 한자 뜻: 검사하다 檢, 전기 電, 도구 器

말 그대로 전기를 검사하는 도구입니다.

이 검전기로 물체가 전기를 띄고 있는지, (+)전하인지, (-)전하인지, 강한지, 약한지 등을 알아볼 수 있지요. 검전기는 지난 시간에 배운 정전기 유도 현상을 이용한 도구입니다. 정전기 유도에 대해서 복습을 하고 검전기에 대해서 공부해야겠지요? ^^

● 정전기 유도

*** 검전기의 구조

검전기를 제가 간단하게 그려보았습니다.

아주 간단한 구조의 실험 도구 입니다.

넓은 금속판과 금속막대가 연결되어있습니다. 그 끝에는 아주 얇은 금속으로 된 박이 두 장 연결되어 있어요. 유리병 내부는 진공상태로 되어있어서 외부의 영향을 받지 않습니다. 그리고 검전기는 전기적으로 중성을 띄고 있다고 생각하면 됩니다.

쉽게 이해하기 위해서 (+), (-)를 표시해볼게요. (+)전하를 띄는 양성자는 움직이지 않고 고정되어 있고, (-)전하를 띄는 전자는 자유롭게 이동할 수 있습니다. 금속판에도 2개씩, 금속박에도 2개씩 그려넣어서 전기적 중성을 만들어볼게요.

자, 이렇게 간단한 모형을 이용해서 검전기에 대해서 공부해봅시다.

*** 검전기 실험

검전기를 이용하면 물체의 여러가지 전기적 상태를 알아볼 수 있습니다.

- 물체의 대전 여부 (전기를 띄고 있는지, 아닌지)

- 물체의 대전 강도 (대전된 전기가 강한지, 약한지)

- 물체의 대전된 전하의 종류 (+인지, -인지)

실험의 원리를 하나하나 알아보겠습니다.

■ 물체의 대전 여부

검전기의 금속판에 대전되지 않은 물체를 가까이 하면 당연히 아무런 변화가 없겠지요.

하지만 (+)전하나 (-)전하로 대전된 물체를 가까이 한다면 어떻게 될까요?

그림으로 알아볼게요.

(+)전하로 대전된 물체를 금속판에 가까이 하면 금속박에 있던 전자들이 인력에 의해 금속막대를 타고 이동해서 금속판으로 올라오겠죠? 그러면 아주 얇은 금속박에는 (+)전하 밖에 남지않겠군요!

금속박은 서로 밀어내는 척력에 의해서 이렇게 서로 벌어지게 됩니다.

(-)전하로 대전된 물체를 가까이하면 반대로 금속판에 있던 전자가 척력에 의해 금속박으로 내려가게 됩니다. 금속박에 (-)전자가 많아지겠지요? 그 결과로 금속박이 또 벌어지게 됩니다.

간단한 모형으로 보니까 이해하기 쉽지요? ^^

이런 원리로 어떤 물체를 검전기에 가까이 했을때 금속박이 벌어지는지, 아닌지 관찰하면 그 물체의 대전 여부를 알 수 있습니다.

■ 물체의 대전 강도

물체의 대전 강도는 금속박이 벌어지는 정도에 따라 알 수 있습니다.

대전체를 검전기에 가져갔을 때 금속박이 많이 벌어지면 강도가 강한 것이고, 금속박이 적게 벌어지면 강도가 약한 것이겠지요 ^^

■ 물체에 대전된 전하의 종류

검전기를 이용해서 대전체가 (+)전하를 띠고 있는지, (-)전하를 띠고 있는지도 확인할 수 있습니다.

먼저 (-)전하로 대전된 검전기가 있다고 생각해봅시다.

(검전기 전체를 (+), (-)전하로 대전시키는 방법은 잠시후 자세히 다룰게요)

금속박에도 전자가 많아서 약한 척력으로 인해 살짝 벌어져있겠지요.

자, 이 상태에서 검전기의 전하와 다른 (+)전하로 대전된 물체를 가까이해 보겠습니다.

금속박에 있던 전자들이 금속막대를 타고 금속판으로 올라오겠죠?

그렇다면 살짝 벌어져있던 금속박은 어떻게 될까요?

전자가 없어져서 척력이 약해진 금속박은 이렇게 오므라들게 됩니다.

이런 결과를 보고 대전체가 (+)전하로 대전되어 있다는 사실을 알 수 있지요.

반대로 (-)전하로 대전된 물체를 가까이해 보겠습니다.

금속판에 있던 전자들이 모두 금속박으로 내려가겠지요?

전자가 몰려서 척력이 강해진 금속박은 더 벌어지게 됩니다.

이 결과로 대전체가 (-)전하로 대전되어 있다는 사실을 알 수 있지요.

이런 방법으로 검전기를 사용해서 대전체가 띄고있는 전하의 종류도 확인할 수 있습니다.

*** 검전기 전체 대전시키기

이번에는 검전기 전체를 (+), (-)전하로 대전시키는 방법에 대해서 알아봅시다.

■ 검전기를 (+)전하로 대전시키기

1) 전기적으로 중성인 검전기에 (-)대전체를 가까이 합니다.

2) 이 상태에서 금속판에 손가락을 댑니다. 그러면 금속박에 있던 전자가 손가락을 통해 빠져나갑니다. (-)대전체로부터 더 멀리 떨어질 수 있기 때문이죠. 이때 금속박은 (+)전하와 (-)전하의 양이 같아져서 다시 오므라들게 됩니다.

3) 이제 대전체와 손가락을 동시에 치우면 검전기 내부에는 (-)전하보다 (+)전하가 많은 상태가 되기 때문에 검전기 전체가 (+)전하로 대전된 상태가 됩니다. 금속박도 약한 척력에 의해 살짝 벌어진 상태가 되지요.

■ 검전기를 (-)전하로 대전시키기

1) 전기적으로 중성인 검전기에 (+)대전체를 가까이 합니다.

2) 이 상태에서 금속판에 손가락을 댑니다. 손가락에 있던 전자가 인력에 의해 검전기로 들어오게 됩니다. 이때도 금속박은 (+)전하와 (-)전하의 양이 같아져서 다시 오므라들게 됩니다.

3) 대전체와 손가락을 동시에 치우면 검전기 내부에는 (+)전하보다 (-)전하가 많은 상태가 되기 때문에 검전기 전체가 (-)전하로 대전된 상태가 됩니다. 금속박도 약한 척력에 의해 살짝 벌어진 상태가 되지요.

---

이번 학습 시간에는 정전기 유도 현상을 이용한 검전기 실험에 대해서 알아보았습니다. 간단한 그림 모형으로 이해하기 쉽게 설명드렸지만, 실제로 이렇게 4~6개의 전자가 움직이지는 않습니다. 수많은 전자가 순식간에 이동을 하겠지요. 비교적 간단하고 안전한 실험이기 때문에 학교 실험시간 때 원리를 기억하고 여러분이 직접 실험을 해보시길 바랍니다 ^^

*** 우리, 친하게 지내요

- 달빛과학을 찾아주시는 분들과 친해지고 싶습니다.

- 학습 자료에 대한 질문, 궁금한 점, 건의사항이 있으시다면 댓글, 방명록, 메일을 이용해 주세요.

- dalvitjeju@naver.com (달빛제주 at 네이버)

- 여러분의 관심과 응원이 더욱 좋은 학습 자료를 만드는데 힘이 됩니다.

*** 달빛과학 페이스북 페이지로 놀러오세요

달빛과학

- 달빛과학은 제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있습니다.

- 달빛과학의 새로운 자료들은 발행되자마자 페이스북 페이지에 업로드 됩니다.

- 달빛과학 페이스북 '좋아요'를 클릭하시고 달빛과학의 새로운 자료들을 바로바로 받아보세요!