정전기
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위 그림은 두산에서 출판한 중학교 3학년 '''기술•가정''' 교과서에 실린 만화다.
1. 개요
'''靜電氣, Static electricity'''
정전기는 물체 위에 정지하고 있는 전기를 말한다. 물체끼리의 마찰에 의하여 생긴 마찰 전기도 여기에 속한다.
무언가를 대전 마찰시킬 경우 자연적으로 발생하고, 가장 쉽게 만들어 보려면 지금 당장 거울 앞에 가서 불을 끄고 당신의 머리를 빗으로 빗어 보라. 머리카락이 적절하게 건조할 경우 따닥따닥하며 머리에서 불꽃이 튀기는 걸 볼 수 있을 것이다.
이때 발생하는 전압은 1만 볼트를 넘고, 순간 전류는 '''수 A'''[1]에 달하지만, 실제로 전기가 흐르는 건 매우 짧은 시간(약 0.000002 초)[2]이므로 정전기로 부상을 입는 경우는 거의 없다.
하지만 그 정전기로 인한 유류, 가스 폭발/화재 사고 사례는 매우 많고, 굉장히 위험하다. 대표적인 사고로 항공모함에 계류중인 전투기에서 로켓이 발사되어 발생한 화재로 수백명이 다치거나 죽은 USS 포레스탈 화재 사건이 있다.
2. 역사
인류의 체계적인 학문이 성립되던 고대 그리스 시절, 호박을 문지르면 정전기가 발생하는 것을 탈레스가 기록 및 연구 했었고, 정전기에 호박을 뜻하는 그리스어 ἤλεκτρον이라는 명칭이 붙여지게 되었다..[3] 정전기에 대한 연구는 정전기를 라이덴 병이라는 원시적인 충전지에 축적하거나 정전기 발생 원리를 응용한 전시대적인 기술의 발전기를 개발하면서 상대적으로 고압 전류를 다룰 수 있는 기술로 발전하였고, 뒤이어 근현대의 전기 공학으로 발전하게 되어 전기 관련 기술, 학문 등에는 이러한 기술 발전에 근거하여 일렉트로닉이라는 명칭이 붙게 되었다,
3. 사람에게
정전기는 특히 겨울철에 잘 생기는데, 여름철에는 정전기가 유도된다 하더라도 습도가 높아서 주위의 물 분자로 쉽게 방전되지만[4] 겨울철은 습도가 낮기 때문이다. 게다가 사람이 입고 있는 두꺼운 털 소재가 많이 사용되는 겨울 옷의 특성상, 여름의 얇은 옷보다 정전기가 더 생길 수밖에 없다. 즉 상대적으로 대전열이 높아져서 일어나는 것. 이것 때문에 겨울에는 금속으로 된 난간이나 문고리를 잡다가 종종 따끔한 맛을 보고 깜짝 놀라게 된다. 가끔씩은 이어폰을 통해서도 정전기가 통하는데, 이 때는 귓속까지 정전기의 맛이 느껴질 수 있다.
반면 지중해성 기후나 서안 해양성 기후에 속하는 나라로 가면 오히려 한여름이 건조하다보니 정전기가 잘 생긴다.
유별나게 정전기가 잘 발생하는 사람들이 있는데[5], 이 사람들에게는 겨울은 그야말로 정전기 공포 그 자체. 금속 난간, 문고리는 당연히 통하는 것이고 정수기, 자판기, 휴대폰[6] 등 금속이 조금이라도 섞인 것 근처에 손을 가까이하면 정전기가 발생한다. 저런 경우 그냥 짜증나고 지나칠 정도가 되겠지만, 지하철이나 KTX 기차처럼 크고 아름다운 금속물체에 탑승하다가 표면에 손이 닿아서 정전기가 발생하기도 하는데, 이 경우 기차 한 차량 전체에 모여있던 정전기가 방출되면서 나오는 파워는 장난이 아니다. 그리고 이런 사람들이 털이 많은 재질의 옷을 입고 건조한 실내[7]에 들어가면 그 사람에게는 '''그야말로 생지옥이 펼쳐진다.''' 온 몸이 바늘로 찌르는 듯 따가워서 잠시도 가만있지를 못하게 된다.
심지어는 '''물'''에 손을 씻으려 할 때도 정전기가 발생하기도 한다. 이런 사람들은 겨울뿐만 아니라 봄, 여름, 가을에도 툭하면 정전기가 발생하기 일쑤이며 일상 생활에 상당한 지장을 받기 때문에 굉장한 스트레스를 받는다. 심지어 냉온수기 물줄기와 종이컵을 통과하기도 한다(!) 커피를 마시겠다고 종이컵에 뜨거운 물을 받고 있는데 종이컵을 뚫고 발생해 잡고있는 손이 따끔해서 깜짝놀라 움찔하다 뜨거운 물을 흘려 화상을 입기도 한다. 안전사고까지 걱정되는 수준. 본인만 고통스러운 수준이 아니라, 무심하게 손을 댔던 가전제품이 정전기로 인해 '''고장나는''' 경우도 생긴다.
4. 의외의 활용
이렇게 별 쓸모도 없이 사람 괴롭게 만드는 현상처럼 보이지만 사실 실생활에서 유용하게 사용되고 있는데, 바로 복사기에 정전기가 응용된다. 광전도성 물질로 코팅된 드럼은 전류에 의해 (-)로 대전된다. 그리고 종이에 빛을 비추면 종이의 흰 부분은 드럼의 표면으로 빛을 반사하여, 빛에 노출된 부분은 중성이 되고 글자 부분만 (-)전하를 띈다. (+)로 대전된 토너가 드럼의 글자 부분에만 묻게 되고 이것을 다시 종이에 인쇄하여 복사하는 원리이다. 이 때문에 복사기로 갓 인쇄한 종이를 만져보면 뜨뜻하고 간지러운 촉감이 느껴진다.
이것 외에도 마찰 전기로 발생하는 가벼운 정전기(따갑지 않고 뭐가 달라붙는 정도)를 이용해 청소용 부직포 같은 것을 만들어 쓰기도 한다. 들러붙을려는 성질을 이용해 부직포에 먼지나 머리카락 따위를 잘 달라붙게 해 청소를 수월하게 만드는 것이다. 산업용 및 보건용의 방진마스크 역시 이와 동일한 원리로 만들어진다. 고압전류로 처리한 정전기 필터를 이용해서 미세한 먼지 입자들을 흡착해서 여과하는 방식.[8]
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정전기를 일부러 만드는 발전기도 있다. 벤더그래프 정전발전기라고 하며, 전기를 꽂으면 정전기를 생성한다. 잉여 같지만, 개발 당시 사이클로트론이 없던터라 최강 입자가속기였다. 그리고 현재도 입자가속기로 잘 쓰이고 있다. 물론, 학교에선 이 입자가속기를 갖다놓고 정전기를 부각하고, 과학관에선 여기에서 발생하는 엄청난 정전기로 머리를 솟게 하기 때문에 전시용으로 갖다놓기도 한다. 물론 장난감 용도로 쓰기도 한다.
5. 예방법
정전기가 무서워서 문 손잡이 등을 잡기 망설이면서 슬쩍슬쩍 손을 대는 건 오히려 정전기의 대미지를 증폭시킨다. 손가락 끝의 작은 표면적에 정전기가 전부 대전되기 때문이다. 이는 마치 사람의 몸으로 자체 피뢰침을 만든 것과 다름없다. 따라서 한 번에 과감히 꽉 잡아버려서 접촉하는 표면적을 넓혀서 정전기를 분산시키는 것이 대미지가 덜하다. 무릎이나 팔꿈치 등을 이용해 먼저 접촉시키면 같은 전류가 흘러도 고통이 훨씬 줄어들거나 없는 수준이다.
손이나 다른 부위를 빠르게 부딪치는 방법도 있는데 이때 정전기가 통해도 부딪치는 순간의 작은 충격으로 정전기를 못 느끼는 경우가 있다. 즉 부딪히는 아픔으로 정전기의 아픔을 잊는 것. 덤으로는 손톱으로 충격을 조금이나마 줄여줄 수도 있다.
가장 쉬운 정전기 예방법은 휴대 가능한 전도체를 가지고 다니다가 금속 난간이나 문고리를 잡기 전에 먼저 접촉시켜주면 응축되어있던 정전기가 그 전도체를 통해서 빠져나가기 때문에 안심하고 금속을 만질 수 있게 된다. 주로 옷깃에 끼워둘수 있는 클립이나, 일상생활에서 휴대하는 경우가 많은 동전 등이 추천된다.[9] 이 원리를 이용한 정전기 예방용 악세사리도 있다. 만약 사용 가능한 전도체가 없다면 아무 바닥이나 문 등에 손바닥을 펴서 접촉만 시켜도 어느정도 예방이 되는데, 정전기가 잘 통하는 사람은 이마저도 통하지 않는 경우가 많으니[10] 되도록이면 전도체를 사용하는게 확실히 예방할수 있다.
특히 셀프 주유소에 가 보면 주유기에 정전기 방지 패드가 달려있는 것을 볼 수 있는데, 이것도 위와 같은 원리다. 평상시에야 그냥 따끔하고 말 정전기지만 주유소 같은 곳은 정전기의 스파크가 유증기에 옮겨붙어 초대형 폭발 사고가 날 수 있기 때문이다.
접지를 하는것도 아주 효과적이다. 전자제품의 경우 콘센트에 접지 단자가 있어 따로 접지를 하지 않아도 되지만 간혹 오래된 건물이라 접지가 안되거나, 전자제품이 아닌 쇠붙이가 드러난 가구처럼 접지가 애초에 불가능한 물건들은 콘크리트 벽에 박힌 못과 전선으로 연결해주는 것만으로도 정전기는 충분히 흘려보낼 수 있다.
그 외에 정전기 방지가 되는 섬유유연제를 넣고 옷을 세탁하는 방법이 있다. 돈은 약간 들지만, 금방 세탁한 옷일수록 방지효과는 확실하다. 옷에 정전기가 잘 모이지 않도록 코팅을 해 주기 때문.
로션이나 핸드크림을 떡칠해서 피부를 습하게 유지하는 방법도 있다.
실내에서 정전기가 자주 날 경우에는 가습기를 틀어놓는 것도 좋은 방법이다. 습도가 낮을 때 정전기가 잘 발생하므로, 습도를 높여주면 되는 것. 가습기가 없을 때는 숯에 분무기로 물을 묻혀서 방에 두는 것도 좋다.
6. 기타
위기탈출 넘버원 25회(2006년 1월 14일 방송분)에서는 정전기로 인한 주유소 화재, 26회(2006년 1월 21일 방송분)에서는 정전기로 인한 화재를 방영했다. 정전기 화재는 어디든 위험하지만 특히 주유소는 유증기가 가득차있어 정전기가 발생하는 순간 대형화재로 이어진다. 지금이야 대부분 주유소에는 정전기 방지 패드가 달려있어 정전기 방지 패드를 만지면 별 문제는 없겠지만 위기탈출 넘버원 25회, 26회가 방영된 시기는 2006년 1월이며 이때는 정전기 방지 패드조차 없어서 주유소 정전기 화재 사고가 많았다.
[1] 전기설비기술기준 및 판단기준에서 정하는 감전 전류 중 심실세동전류(심장에 직접적으로 영향을 가하는 전류)가 두 가지 존재하는데 평균적으로 0.05A 감전 시 수 초 후 사망, 0.1A 감전 시 즉시 사망이다. 즉 '''0.1A만 되어도 죽는다는 소리.''' 간혹 사람들이 정전기의 전류가 적어서 감전되어도 죽지 않는다고 하는데, 나무위키의 SI단위계 문서에서 전류의 기본 정의를 찾아보자. 그 사람들은 전류와 전하량을 헷갈려하는 것으로, 기본 정의에 따르면 정전기의 전류는 상당히 크다.[2] 대전된 전하(전자)가 빛의 속도에 가깝게 다른 금속이나 도체로 이동하여 전류가 흐르는 시간이 엄청나게 짧다. 따라서 전하량 자체는 엄청나게 작다. 에너지 수렴시간은 주로 주변 Ground 조건에 의해 좌우되며 IEC 국제 규격에 파형에 관한 기술이 자세히 되어있다.[3] 조금 더 자세히 설명을 덧붙이자면 탈레스가 이런 현상을 발견한 후, 16세기의 자기와 전기에 관해 체계적인 연구를 하였던 영국의 William Gilbert가 처음으로 electricity라는 단어를 사용했다. 호박은 고대 그리스어로 '엘렉트론(ἤλεκτρον)'이라고 하는데, 털에 문지른 호박이 가벼운 종이나 털 등을 끌어당기는 힘을 호박력(琥珀力)이라는 의미에서 electricity라고 불렀다. 정작 현대 그리스어로 호박은 '케흐리바리(Κεχριμπάρι)'라고 하는데, 호박의 터키어 단어인 케흐리바르(Kehribar)에서 유래한 단어로 수백 년간 오스만 제국의 지배를 받는 바람에 터키어 단어가 그리스어 단어를 대체하였다.[4] 그렇다고 여름에 정전기가 아예 안일어나는 것은 아니다.[5] 특히 피부가 건조한 아토피 환자들.[6] 본체가 스틸로 되어있는 iPhone이라던지.[7] 특히 겨울철에 난방 중인 실내.[8] 그래서 방진마스크는 세탁을 해서 사용하면 안 된다. 필터가 물에 젖게 되면 대전되어 있던 정전기가 다 사라져 버려서 방진기능이 없는 그냥 보통 마스크가 되어버린다.[9] 하지만 정전기가 강할 경우에 효과는 미미하다. 정전기가 강력한 경우에는 동전을 잡고 있는 손에 전하가 빠져나가며 따끔하는 느낌이 난다. 물론 안하는 것보다는 훨씬 낫긴 한데, 아무튼 위의 이유로 유튜브 등지에서 정전기 제거기라면서 동전에 1~10M옴 수준의 저항기를 달아 전류를 제한한다. 이 경우에는 전하가 서서히 방전되기 때문에 아프지 않다. 저항이 없으면 빠르게 전하가 방전되면서 고통을 주지만 저항기가 있으면 전하가 흐르는 양이 제한되면서 천천히 방전되는 것이다. 저항기를 강에 설치한 보에 비유할 수 있다. 보가 없으면 폭우가 쏟아질때 강물이 순간적으로 빠져나가며 홍수가 나지만, 보가 있을때는 흐르는 강물의 양을 제한하면서 홍수를 방지하는 것이다.[10] 벽이나 바닥은 보통 콘크리트로 이루어져 있고, 문은 페인트칠이 되어있어 신체를 접촉해도 체내의 정전기가 잘 방출되지 않는다. 그렇다고 문고리나 금속 구조물같은 외부 전도체를 만지자니 그게 바로 정전기를 당하는 방법이고...