KISTI의 과학향기

따뜻한 봄날을 맞아 상암 월드컵 경기장 옆 하늘공원으로 나들이 나온 양과장 가족.
꽤 높은 계단을 올라 하늘공원에 올라간 현민은 너른 평지 끝에 커다란 날개를 빙빙 돌리고 서있는 큰 바람개비를 발견했다.

“아빠 저게 뭐에요?”
“뭐긴 풍력발전기지!”
“풍력발전기? 아빠 그럼 바람으로도 전기를 만들어낼 수 있어요?”
“그럼~ 전기를 만드는 방법은 다양한데 태양열을 이용해 만들 수도 있고, 바람이나 바닷물의 파도로도 만들 수 있단다.”
“정말요? 그런데 전기를 어떻게 만드는 거에요? 햇빛이나 바람은 만져지지도, 잡아 둘 수도 없잖아요”
“그렇지. 하지만 아주 간단한 장치로도 햇빛이나 바람이 어떻게 전기를 만들어내는지 알 수 있지.”
“어떻게요? 빨리 알려 주세요”
“하하. 녀석도 지금은 밖에 나왔으니 재미있게 놀고 집에 가서 실험해 보자.”
“네 !!~”

현민이의 씩씩한 답변에 양과장은 흐믓한 미소를 지으며 실험을 어떻게 할 것인지 미리 생각해 보았다.

음~ 우선 빛을 모아둘 용기가 필요하겠구나.

1. 어떤 용기라도 좋으니 공기를 잠시 모을 수 있는 용기를 마련한다.
알루미늄 캔일 경우 밑바닥을 뜯어낸 후 안과 밖을 검정색으로 칠하고, 페트병일 경우 역시 중간 부분을 잘라내고 검은색 종이를 겉에 바른다.
혹시 검은색 색지가 있다면 깔대기 모양으로 만든다.

2. 밑으로 지속적으로 공기가 유입될 수 있도록 다리를 만들어 준다.
빨래집게나 클립, 종이를 붙여도 되고 지속적으로 공기가 유입될 수 있도록 다리를 달아준다.

3. 바람개비를 만든다.
가로 세로 5cm 정도 되는 정사각형으로 알루미늄 호일을 자른 뒤 바람개비를 만든다.

4. 공기를 모아두는 용기 윗부분에 테입이나 고무줄을 이용해 바늘을 고정한 후 그 위에 바람개비를 꽂고 지우개 조각을 잘라 고정한다.

5. 1번 용기를 강한 햇볕이 드는 창문 옆에 두거나, 인위적으로 스탠드의 불빛 등을 가하면 바람개비가 살짝 움직이는 것을 확인할 수 있다.
(실험시 용기가 작을 경우 그리고 바람개비가 클 경우 바람개비가 잘 움직이지 않는다. 가능하면 용기를 길게 만드는 것이 좋으며 바람개비는 최대한 작게 그리고 잘 움직이도록 만드는 것이 좋다.
이번 실험에서도 초기 실험 진행시 움직임이 없어 바람개비를 작게 만들었으며 4월 햇빛이 그리 강하지 않아 전기 스토브를 옆에 두고 인위적으로 열을 가하였다. 실험 결과, 바람개비가 빙글빙글 돌지는 않더라도 미세하게 움직이는 것을 확인할 수 있었다. 만약 햇빛으로 실험하기를 원한다면 햇빛이 아주 강할 때 용기 전체가 햇빛을 받을 수 있는 장소에서 실험을 하는 것이 좋으며 가능하다면 바람이 없는 실내에서 진행하는 것이 실험결과를 확인하는 데 도움이 될 것이다.)

“어떠니, 현민아! 지금 우리 주위에 바람이 없어도 바람개비가 잘 돌아가지?”
“네. 그런데 아빠, 이 바람개비는 바람도 없는데 어떻게 이렇게 잘 돌아가요?

“그것은 바로 햇빛때문이란다”
“햇빛때문에 바람개비가 돈다구요?”
“그렇단다. 우리 주위에는 바람이 불지 않지만 저기 검은 용기 속에는 바람이 생겨서 저렇게 바람개비가 도는 거란다.”

“어떻게 바람이 생기는 건데요?”

“그것은 태양에서 내리쬐는 빛에너지가 검은 용기에 닿으면서 열에너지로 변환되는데 용기의 열에너지가 용기 속 공기를 데워 공기를 순환시키는 운동에너지로 바뀌어 결국은 바람개비를 돌릴 수 있게 되는 것이지.”

“잘 모르겠어요. 좀 더 쉽게 설명해 주세요”

“하하 그래. 쉽게 말해 뜨거운 수증기가 위로 올라가듯, 여기 햇빛에 의해 데워진, 따뜻한 검은 용기 속 공기가 위로 올라가고 공기가 올라간 그 공간을 채우기 위해 용기 바깥의 차가운 공기가 이 용기 속에 들어오게 되면서 공기의 순환이 이루어 진단다. 마치 바람이 불듯이 말이야~”

“아~ 그러니까 따뜻하게 데워진 공기는 꼭지 위로 올라가고 꼭지 위로 올라간 따듯한 공기는 결국 바람이 되어 바람개비를 돌린다는 거죠?”

“그래 맞아. 결국 저 태양의 빛 에너지가 공기의 운동에너지로 바뀌게 되어 바람개비를 움직이게 되는 것이지.”

“그럼. 이렇게 빙글빙글 도는 바람개비로 어떻게 전기를 만들어요?”

“그것은 빙글빙글 도는 바람개비의 축에 발전기의 모터축을 연결하면 전기를 만들어 낼 수 있단다. 이것은 패러데이라는 과학자가 발견한 건데 감아있는 코일에 자석을 넣었다 빼기만 해도 코일내의 자기장에 변화가 생겨 전압이 유도되는 전자기유도 현상이 일어나 전기가 만들어지게 되는 것이란다.
지금 이 실험에서는 바람개비의 운동에너지가 모터를 돌릴 수 있을 만큼 크지 않기 때문에 실험을 하기에는 어렵지만 이런 원리로 하늘공원에 있는 풍력발전기가 전기를 만들어 내는 것이란다.”

“아 그렇구나~. 아빠 우리 다음에는 풍력발전하는 곳 말고 조력발전소에 한번 가보는 건 어때요? 꼭 가보고 싶어요~”
“하하 그래. 다음에는 조력발전소에 꼭 한번 가보도록 하자꾸나~” (글 : 과학향기 편집부)