통합과학 중2 전기와 자기

정전기와 전하

마찰 전기와 정전기 유도 현상, 전하의 종류와 쿨롱 힘의 방향을 이해한다.

물체가 (+)전하나 (−)전하를 띠게 되어 흐르지 않고 머물러 있는 전기를 정전기라 하고, 같은 종류의 전하는 밀어내고 다른 종류의 전하는 끌어당깁니다.

겨울에 스웨터를 벗을 때 나는 '따닥' 소리와 문고리를 잡을 때의 찌릿함이 같은 현상입니다. 마찰로 전자가 한쪽으로 옮겨 가 쌓여 있다가, 손이 닿는 순간 한꺼번에 옮겨 가는 것입니다.

쉽게 말하면

전기의 이용에서는 전기가 흐르며 전구를 켜는 모습을 보았습니다. 정전기는 그 전기가 '흐르기 전' 상태입니다. 모든 물체는 원래 (+)전하와 (−)전하를 같은 양만큼 가지고 있어 전기적으로 중성입니다. 그런데 두 물체를 마찰하면 한쪽에서 다른 쪽으로 전자가 옮겨 갑니다. 전자를 잃은 쪽은 (+)전하가 남아 (+)로, 전자를 얻은 쪽은 (−)로 대전됩니다. 물체마다 전자를 붙잡는 힘이 달라서, 어떤 두 물체를 문지르느냐에 따라 누가 (+)가 되고 누가 (−)가 되는지가 정해집니다.

대전된 물체 사이에는 전기력이 작용합니다. 같은 종류의 전하끼리는 밀어내고(척력), 다른 종류의 전하끼리는 끌어당깁니다(인력). 이 힘은 전하의 양이 많을수록 세지고, 두 물체 사이의 거리가 멀어질수록 급격히 약해집니다. 그래서 대전된 막대를 종잇조각에 아주 가까이 대야 비로소 딸려 올라옵니다.

재미있는 것은 전기를 띠지 않은 물체도 끌려온다는 점입니다. 대전된 물체를 가까이 가져가면, 금속처럼 전자가 자유롭게 움직이는 물체 안에서 전자들이 밀리거나 끌려와 한쪽에 몰립니다. 그러면 가까운 쪽에는 반대 전하가, 먼 쪽에는 같은 전하가 나타나고, 가까운 쪽의 인력이 먼 쪽의 척력보다 크기 때문에 결국 끌려옵니다. 이것이 정전기 유도이고, 검전기가 작동하는 원리이기도 합니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

머리카락이 빗을 따라 서는 이유

플라스틱 빗으로 머리를 빗으면 머리카락에서 빗으로 전자가 옮겨 가, 머리카락은 (+)로 대전됩니다. 머리카락끼리 모두 (+)라서 서로 밀어내니 부스스하게 뻗치고, 반대로 (−)가 된 빗에는 끌려갑니다.
예시 2

검전기의 금속박이 벌어지는 실험

대전된 막대를 검전기 위쪽 금속판에 가까이만 대도 아래 금속박 두 장이 벌어집니다. 정전기 유도로 두 금속박이 같은 종류의 전하를 띠게 되어 서로 밀어내기 때문입니다. 막대를 치우면 전하가 제자리로 돌아가 금속박이 다시 닫힙니다.
예시 3

겨울에 정전기가 더 심한 이유

공기가 습하면 몸에 쌓인 전하가 공기 중 물 분자를 타고 조금씩 빠져나갑니다. 겨울에는 공기가 건조해 전하가 빠져나가지 못하고 계속 쌓이다가, 금속에 손이 닿는 순간 한꺼번에 이동하면서 찌릿한 느낌을 줍니다.