KISTI의 과학향기

무심코 스친 손이 찌릿하다. 니트를 벗기 위해 위로 들어 올리자 머리카락이 마구잡이로 뻗쳐오른다. 겨울철 불청객, 정전기다.

정전기는 마찰에 의해 잘 생긴다. 물체 표면의 전자를 쉽게 주고받을 수 있기 때문이다. 마찰로 인해 전기가 생길 때도 규칙은 있다. 두 물체를 마찰하면, 상대적으로 전자를 쉽게 잃고 양전기를 띠는 물체와 전자를 쉽게 얻어 음전기를 띠는 물체로 나뉜다. 예를 들면 털가죽 등 모피 종류는 전자를 쉽게 잃고, 플라스틱 종류는 전자를 쉽게 얻는다. 이를 순서대로 나열한 것을 ‘대전열’이라 하며 대표적인 대전열 순서는 다음과 같다.

(+) 털가죽-상아-유리-명주-나무-고무-플라스틱-에보나이트 (-)

정전기의 특성과 대전열 순서를 이용하면 정전기를 인위적으로 만들 수 있다. 그렇다면 정전기를 인위적으로 없앨 수도 있을까? 간단한 재료로 정전기 방지제를 만들어 보자.

[교과과정]
초등 3-1 날씨와 우리생활
초등 5-1 전기회로
중 1 정전기

[학습주제]
날씨와 정전기의 연관성 알아보기
정전기의 성질 이해하기
정전기를 방지할 수 있는 방법 찾아보기

<실험 방법 및 원리>


<실험동영상>


<실험 참고 사항>
* 에탄올은 약국에서 구입할 수 있습니다.
* EM 용액을 넣은 후 유화 현상으로 뿌옇게 흐려질 수 있습니다.
* 실험은 차고 건조한 날일수록 잘 됩니다.
* 아로마 오일은 취향에 맞게 골라서 사용하세요.

풍선을 니트 스웨터나 목도리에 문지른 후 머리 근처로 가져가면 머리카락이 풍선 쪽으로 들러붙는다. 이는 풍선과 털로 된 옷감 사이에 마찰전기가 생겼기 때문이다. 이때 대전열 순서를 보면 털로 된 옷감이 고무로 된 풍선보다 왼쪽에 위치한다. 즉 털로 된 옷감의 전자들이 풍선 표면으로 이동하면서 전기가 발생한다. 일단 전자가 이동하면 그 상태가 흐트러지지 않기 때문에, 마찰전기는 정지해 있는 전기인 정전기의 일종이라고 볼 수 있다.

이제 첫 번째 실험을 먼저 살펴보자. 털목도리에 문지른 풍선을 플라스틱 용기에 가까이 가져가면 용기 속에 있던 내용물, 잘게 자른 셀로판지 조각과 스티로폼 구슬이 풍선 쪽을 향해 솟아오른다. 풍선 표면에 마찰전기(정전기)가 발생했기 때문이다.

두 번째 실험에서는 목도리나 풍선에 정전기 방지제를 뿌리고 동일한 과정을 반복했다. 목도리에 잔뜩 마찰시킨 풍선을 플라스틱 용기 위에 가져다 댔지만 용기 속 내용물은 움직이지 않는다. 풍선에 잔뜩 붙어있는 전자에 약산성을 띠는 EM 용액을 뿌리면 전자에 방출되는 H?가 공급돼 전기적으로 중성을 띠게 된다. 때문에 플라스틱 용기 속 내용물은 떠오르지 않는다.

정전기 방지제에 사용된 EM(Effective Microorganism) 용액은 효모균, 유산균, 광합성 세균 등 자연계에 존재하는 많은 미생물을 수집해 조합?배양한 용액이다. 1982년 일본 류큐 대학의 히가테루오 교수가 개발했으며 1986년부터 국제적으로 보급되기 시작했다. EM 원액을 발효시키면 그 생성물에 항산화력이 생기는데, 그 활용도가 높다. 미생물 원액과 같은 효과를 내는 EM 용액을 이용하면 친환경 세제를 만들 수도 있다.

정전기는 일상생활에서 조금만 주의를 기울이면 쉽게 예방할 수 있다. 가장 쉬운 방법으로는 정전기가 좋아하는 건조한 환경을 피하면 된다. 실내에서는 가습기를 틀거나 젖은 빨래를 널어놓아 적절한 습도를 유지해 주고, 빨래를 할 때는 섬유유연제를 사용하는 것이 도움이 된다. 또 머리를 말릴 때 드라이기를 사용하거나 수건으로 비벼 말리기보다는 자연 건조시키는 것이 좋다. 손이 건조한 상태에서 어떤 물체와 접촉해야 한다면, 동전과 같은 금속성 물체로 먼저 톡톡 건드려 전자가 빠져나가도록 한 후 잡는다.

또 정전기는 마찰로 인해 잘 생기기 때문에, 대전열 순서를 기억하고 있다가 이용하면 정전기 발생을 줄일 수 있다. 어떤 제품을 이용할 때 전자를 쉽게 얻는 소재보다는 전자를 쉽게 잃는 소재를 사용하는 것이다. 예를 들어 머리를 빗을 때는 플라스틱 소재보다는 고무나 나무로 된 빗을 사용하고, 나일론이나 아크릴, 폴리에스테르와 같은 합성섬유보다는 털가죽이나 명주, 실크, 면 등의 천연섬유로 된 옷을 입는 것이다.

천연섬유는 합성섬유에 비해 물과 친화성이 좋다. 특히 실크 분자구조는 친수기라고 불리는, 물과 결합하기 쉬운 원자단을 가지고 있어 흡수 능력이 면보다 1.3~1.5배 뛰어나다. 옷을 보관할 때는 정전기가 잘 생기는 합성섬유 옷 사이사이에 정전기가 잘 안 생기는 천연섬유를 보관하고, 모직코트는 비닐 커버보다 면 커버를 씌워놓는 것이 좋다.

플라스틱 빗을 사용할 경우는 물을 살짝 묻혀 사용해도 정전기를 방지할 수 있다. 수증기는 전기친화성을 갖고 있어 주변의 전하를 띠는 입자들을 전기적 중성 상태로 만들어 버리기 때문이다. 이렇듯 정전기의 원리를 알고 미리 대처하면 올 겨울, 깜짝 놀랄 일을 줄일 수 있을 것이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트