탐구주제	정전기 방지 열쇠고리
교과영역	물리
관련단원	중1 여러 가지 힘, 중2 저항의 직렬 연결

경기도교육청지정 과학교육선도학교

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「이천중학교」

「이천중학교」

「이천중학교」

활동준비

준 비 물 : 정전기 방지 열쇠고리, 마찰전기 실험 세트

구입방법 : 이마트, 자동차 용품점

소요경비 : 6,000원

활용방법

정전기 방지 열쇠고리를 보여 주고 어디에 쓰이는 물건인지 생각해 보게 합니다.

털가죽을 이용하여 에보나이트 막대를 대전시킨후 정전기 방지 열쇠고리와 접촉시켜 정전기 방지 열쇠고리 안에서 순간적으로 불이 들어오는 것을 보여줍니다. 왜 그런지 생각하게 합니다.(정전기 방지 열쇠고리 안에 불이 들어왔다는 것은 전류가 순간적으로 흘렀다는 것을 뜻합니다 - 이 실험은 성공률이 매우 낮으므로 불이 들어오지 않을 경우에는 이론적으로 설명해 주고 넘어가는 것이 좋을 것 같습니다.)

TV를 켜고 정전기 방지 열쇠고리를 TV브라운관에 가까이 가져가서 브라운관에 접촉시켜 보면서 열쇠고리 안에 불이 들어오는지 관찰시킵니다. 왜 그런지 생각해 보게 합니다.(브라운관은 전자총에 의해서 화면이 나오기 때문에 브라운관 표면은 계속해서 정전기가 발생합니다.)

자동차 문을 열거나, 아파트 문을 열 때, 또는 친구와 손을 잡을 때 정전기 때문에 깜짝 놀랐던 일이 없었는지를 발문하고, 정전기 방지 열쇠고리를 사용하면 잘 감전되지 않는 다는 것을 설명해 준다. 그리고 왜 그런지를 생각해 보게 한다.( 정전기 방지 열쇠고리는 쉽게 말하자면 하나의 저항입니다. 자동차 문을 열 때 정전기가 발생을 하게 되면 ‘자동차 문 - 열쇠고리(저항) - 사람’ 이런 순으로 전류가 흐르게 됩니다. 이때 저항이 큰 열쇠고리가 중간에서 대부분의 전압을 소모하고, 또 전체저항 값이 커지기 때문에 사람의 몸을 통해 흘러가는 전류의 양은 작아지게 됩니다.)

정전기 방지 열쇠고리를 이용하면 같은 원리로 누전되는 곳도 점검 할 수 있다는 것을 설명해 줍니다.

그밖에 정전기 방지용품에는 어떤 것들이 있는지 생각해 보게 합니다.

유의점

정전기 방지 열쇠고리 안에는 저항(전구)이 들어 있기 때문에 정전기에 의한 전류가 흐를 때 불이 들어오게 됩니다.

정전기에 의한 전류는 순간적으로 흐르기 때문에 정전기 방지 열쇠고리에 전류가 흐를 때 켜지는 불은 순간적으로만 관찰이 가능합니다.

정전기 방지 열쇠고리를 너무 짧게 잡고 대전된 물체에 가까이 가져가면 직접 사람의 손으로 방전이 일어날 수도 있으므로 정전기 방지 열쇠고리를 길게 잡고 사용한다.

TV 브라운관은 항상 정전기가 발생하기 때문에 정전기 방지 열쇠고리를 테스트 하기에 적합하지만, 요즘 나오는 LCD 모니터의 경우에는 정전기가 발생하지 않으므로 정전기 방지 열쇠고리를 테스트 할 수 없다.

과학적 원리

정전기의 발생은 습도와 매우 밀접한 관계가 있습니다. 습도가 10～20%인 건조한 날에는 정전기가 공기중에 흡수되지 못하고 그대로 있기 때문에 정전기가 쉽게 발생합니다.

습도가 높은 날에는 수증기가 전기적 성질을 중화시켜 정전기 발생이 적지만, 건조한 날에는 공기중에 미처 흡수되지 못한 전기가 적절한 유도체를 만나면 한꺼번에 방전되기 때문입니다.

습도가 10～20% 인 날에 사람이 카펫 위를 걸으면 약 3만5000볼트의 정전기가 발생한다고 합니다. 하지만 습도가 60～90%정도 되면 발생하는 정전기는 1500볼트에 불과하다고 합니다.

사람과의 마찰로 정전기를 일으키는 물체는 폴리에틸렌, 아크릴, 금, 은, 고무, 쇠, 나무, 머리카락, 유리 순으로 강도가 세다고 합니다.

아프리카 원주민들처럼 맨발로 생활하는 사람에게는 정전기가 발생하지 않습니다. 몸에서 전하로 대전되는 순간 그 즉시 땅으로 방전되기 때문입니다. 따라서 신발을 신고 다니는 현대인들은 정전기에서 자유로울 수 없습니다.

정전기가 튀는 것은 높은 전압에서 갑자기 낮은 전압 쪽으로 전류가 흐르기 때문입니다. 이때 우리 몸속으로 전류가 흐르기 때문에 깜짝 놀라게 되는 겁니다. 자동차나 다른 물체에 대전되어 있던 전기는 결국 땅으로 가고 싶어 하는데 사람이 그 매개체가 된다고 할 수 있습니다.

이걸 방지하는 방법은 사람의 몸을 통과해서 흘러가는 전류의 양을 줄이기만 하면 됩니다. 옴의 법칙에서 알 수 있듯이 저항이 직렬로 연결되어 있을 때 저항이 큰 쪽에 전압이 더 많이 걸리는 걸 알 수 있습니다. 저항이 큰 정전기 방지 열쇠고리는 이런 원리를 이용해서 만들어 졌습니다.  (전기회로에 사용하는 일반 저항을 이용해도 정전기 방지 열쇠고리와 똑같은 효과를 볼 수 있답니다.)

정전기 방지 열쇠고리는 저항이 크기 때문에 누전이 되는지 검사 할 때도 사용할 수 있습니다.

참고자료

- http://www.phys.pe.kr/ele/ 눈이 즐거운 전기 이야기