KISTI의 과학향기

전등의 발명은 인간의 생활을 획기적으로 바꾸어 놓았다. 햇빛은 정해진 일정 시간동안만 하늘에서 비출 뿐, 인간이 인위적으로 이용할 수는 없었다. 약 50만 년 전 인류가 ‘불’을 발견한 이후에야 불빛을 인위적으로 이용할 수 있게 됐다.

이후 램프나 양초, 가스등, 석유램프 등이 발명됐지만 낮처럼 활동할 수 있을 만큼 밝고 이용이 편리한 인공 빛은 ‘전구’를 발명한 이후부터다. 최초의 전등은 1808년 영국인 H.데비가 탄소에 전류를 흐르게 해 빛을 밝힌 것이었다. 현재 가장 널리 사용되는 백열전구는 1879년 토마스 에디슨이 발명한 것으로 잘 알려져 있다.

인류는 여기서 더 나아가 빛을 휴대할 수 있는 방법을 고안해 냈다. 전기를 연결할 수 없는 야외에서 전등을 켤 수 있다는 것은, 또한 이 전등을 어디든 휴대하고 다닐 수 있다는 것은 굉장히 참신한 아이디어였다. 손전등 탄생의 아이디어는 조슈아 라이오넬 코원이라는 사람이 화분 장식을 위해 전등을 설치한 것에서 시작됐다.

코원은 이 아이디어를 크리스마스 전구 및 기타 전기 제품을 제조하던 회사에 판매했다. 당시 이 회사의 직원이었던 영국인 발명가 데이비드 미셀은 코원의 아이디어를 발전시켜 1898년 현재의 손전등과 같은 모형을 발명하게 됐다. 그렇다면 손전등은 어떤 원리로 만들어졌는지 직접 만들어 보자.

[교과과정]
초등 3-2 빛과 그림자
초등 5-2 전기회로
초등 6-1 빛

[학습주제]
인공 빛 이해하기
닫힌회로 구성하기
손전등 만들어 보기

<실험 방법 및 원리>


<실험 동영상>




* 실험 참고사항 : 꼬마전구 밑부분과 전지의 (-)극이 맞닿도록 고정시켜 주세요.
금속판을 너무 오래 누르고 있으면 뜨거워지니 주의하세요.

스스로 빛을 내는 물체를 ‘광원’이라고 한다. 손전등에서는 전구가 광원 역할을 한다. 전구를 전지에 연결하면 빛은 전구 주위의 사방으로 퍼진다. 하지만 손전등에서 나오는 빛은 한 방향으로 나아간다. 그 이유는 전구 주위에 은광필름을 고깔모양으로 만들어 빛을 모아 주었기 때문이다. 이 필름은 다른 방향으로 퍼지려는 빛을 반사시켜서 한 방향으로 모아주는 역할을 한다.

실험에서 전구에 불이 켜지는 이유는 전기 회로가 닫혀 전지의 한쪽 끝에서부터 전구, 다시 전지의 다른 쪽 끝으로 전기가 흘렀기 때문이다. 에나멜선과 금속판은 전류가 쉽게 이동할 수 있는 징검다리 역할을 한다. 에나멜선을 금속판과 맞닿도록 지그시 눌러주면 전기가 흘러 전구에 불이 들어오고, 손을 떼면 전류의 흐름이 끊겨 전구의 불이 꺼진다.

전구에 전기가 흐르면 전구 안에 있는 필라멘트가 뜨겁게 달궈져 빛을 내게 된다. 이는 단점이 되기도 한다. 너무 큰 전기를 흘려주거나 전구를 오래 쓰면 필라멘트가 끊어져 더 이상 전구를 쓸 수 없게 되기 때문이다. 때문에 집에서 사용하는 형광등은 필라멘트 대신 형광등 안쪽에 발려져 있는 형광물질이 빛을 내는 역할을 한다.

손전등은 건전지 두 개가 직렬로 연결돼 있다. 전지 두 개를 연결할 수 있는 방법에는 직렬과 병렬의 두 가지 방법이 있다. 직렬로 전지를 연결해 전기가 흐르게 하려면 두 전지의 다른 극이 서로 맞닿게 연결해야 한다. 전지 두 개를 직렬로 연결하면 전지 하나를 연결했을 때보다 전구의 빛이 더 밝아진다. 반면 전지를 같은 극끼리(병렬) 연결하면 전지 하나를 연결했을 때와 밝기 차이가 거의 나지 않는다. 대신 직렬로 연결했을 때 보다 더 오래 쓸 수 있다는 장점이 있다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트