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물체를 대전시키는 가지 방법은 무엇일까?

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고무 막대로 털을 문지르면 털은 고무 막대에 전자를 넘겨준다. 그렇게 되면 원래 중성이었던 막대와 털이 대전된다. 만일 물체를 막대에 갖다 대면 막대에 있던 과잉 전자가 물체로 이동되어 물체를 대전시킨다. 과잉 전자를 가지고 있기 때문에 음전하로 대전되어 있는 막대는 양전하를 끌어당길 수 있다. 이러한 방식을 접촉에 의한 대전이라고 부른다.

하지만 ‘우리 주위에서 정전기를 어떻게 찾아볼 수 있을까?’에서 예로 든 셀로판테이프에서 볼 수 있던 것처럼 손이나 다른 중성의 물체는 양전하와 음전하로 대전된 물체를 모두 끌어당긴다. 어떻게 이런 현상이 나타나는 것일까? 막대는 양전하를 끌어당기고 음전하를 밀어낸다. 중성인 물체들은 같은 수의 양전하와 음전하를 포함하고 있다. 도체에서 전하는 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 음전하로 대전된 물체를 도체 가까이 가져오면 음전하를 띤 전자들은 물체의 가장 먼 끝 부분으로 밀려가 이 부분을 음전하로 대전하게 되고, 대전체와 가까운 부분에는 양전하만 남는다. 전체적으로는 중성이지만 전하가 이렇게 부분으로 나뉘면 물체가 극성을 띠게 되는 것이다.

극성을 띤 물체에도 알짜 힘이 작용할까? 또한 셀로판테이프처럼 대전된 물체에 알짜 힘을 작용할 수 있을까? 전기력은 가까운 거리에서 더 강하게 작용하므로, 이 질문에 대한 대답은 ‘그렇다’이다. 가까이 있는 양전하와 대전체의 음전하 사이에 작용하는 끌어당기는 힘이 멀리 있는 전자들을 밀어내는 힘보다 더 강하기 때문에 알짜 힘이 작용하게 된다.

부도체에서는 전하가 넓게 퍼질 수 없지만, 전자나 분자 내에서는 이동할 수 있다. 따라서 종잇조각이나 먼지, 머리카락과 같은 부도체가 전기적으로 중성인 경우에도 전하를 끌어당길 수 있다.

대전된 막대에 달라붙는 종잇조각들이 막대에 닿으면 종잇조각들이 밀려나는 현상을 본 적이 있는가? 왜 이런 현상이 발생하는 것일까? 만일 종잇조각이 막대에 접촉했다면 종잇조각도 막대가 가지고 있는 전하와 같은 종류의 전하로 대전되기 때문에 척력이 작용하여 서로 밀어내게 된다. 극성을 띠게 된 도체는 대전된 물체와 접촉하지 않고도 대전될 수 있다. 만일 파이를 구울 때 사용하는 틀과 같이 큰 금속 물체를 대전된 막대 가까이 가져오면 양전하가 막대에서 가장 먼 파이 틀의 끝 부분으로 이동할 것이다. 만일 이 파이 틀에 손가락을 살짝 대면, 양전하는 더 멀리 손가락으로 밀려나게 될 것이다. 그때 파이 틀에서 손가락을 떼면 파이 틀에는 음전하만 남게 되어 음전하로 대전된다. 이러한 과정을 유도에 의한 대전이라 부른다.

유리 막대를 실크로 된 천으로 문지르면 같은 현상을 관측할 수 있다. 유리 막대는 양전하로 대전되며, 실크 천은 과잉 전자로 인해 음전하로 대전된다. 유리 막대는 여전히 작은 물체를 들어 올릴 수 있으며 유리 막대는 물체에 들어 있는 양전하가 아니라 음전하를 끌어당긴다. 양전하로 대전된 유리 막대로 유도 현상에 의해 파이 틀을 대전할 경우 파이 틀은 양전하로 대전된다.

회로 기판은 정전기에 민감하다. 회로의 한 부분에 정전기가 쌓이면 회로가 손상될 수 있다.

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컴퓨터 장비를 조립할 때 왜 정전기를 조심해야 할까?
컴퓨터 회로 판이나 카드 등은 아마도 ‘정전기로부터 보호된’ 용기에 넣어 배송되었을 것이다. 이 용기는 외부에 있는 정전기로부터 제품을 보호하기 위해 고안된 것이다. 대부분의 전자 회로는 정전기에 민감하여 회로에 전기가 축적되면 손상을 입을 수도 있다. 그러므로 회로 판을 설치할 때 사용되는 설명서에는 대개 몸에 있던 전기를 방전시키기 위해 접지된 금속 조각에 몸이나 제품들을 접촉하거나, 몸을 접지 상태로 만들어주는 손목 팔찌를 차고 작업할 것을 권장하고 있다.

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폴 지체비츠 집필자 소개

칼턴 대학에서 물리학 학사, 하버드 대학에서 물리학 석·박사 학위를 받았다. 웨스턴온타리오 대학과 코닝글래스 연구소에서 연구원으로 지내다 미시간 대학 교수가 되어 35년 동안 학생들을 가르치며 ..펼쳐보기

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한 권으로 끝내는 물리
한 권으로 끝내는 물리 | 저자폴 지체비츠 | cp명지브레인 도서 소개

빛, 파동, 양성자와 중성자, 자동차, 컴퓨터, 건축, 스포츠에 이르기까지 생활을 편리하게 만들고 우주 여행까지 가능하게 만드는 물리학에 관한 모든 것을 담았다. 물리..펼쳐보기

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2장. 운동과 운동의 원인 힘과 뉴턴의 운동 법칙
3장. 운동량과 에너지 운동량 에너지
5장. 유체 물의 압력 혈압 대기압 가라앉기와 뜨기: 부력 유체 역학:수력학과 기체 역학 공기 역학 음속 장벽 초음속 비행
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