좀더 자세한 설명은 아래 한글 설명서 참고
참새가 고압선위에 앉아도 감전되지 않습니다.
이유는 회로가 형성되지 않기 때문이지요. (정확히 말하면 참새 양다리에 전위차가 거의 없기 때문이지요)
사람이 고압선에 매달려도 죽지 않습니다.
하지만 땅바닥에서 긴장대로 고압선을 건드리면 이야기가 달라지지요
지면에 접지가 되어 고압선과 지면사이에 전위차가 생겨 전류가 흐르기 때문이지요
아래 동영상은 간단한 실험입니다.
맨발로 젖은땅에 접지를 시키느냐
시키지 않느냐에 따라 전류가 흐르는지 안흐르는지를 보여 주네요
여러명이 손잡고 하는 실험을 가지고 저항의 직렬연결, 병렬연결도 설명이 가능합니다.
조금 위험합니다.
<수업시간 활용 방법>
1. 관련단원 : 중학교 3학년 5단원 전기
2. 원제목 : Brainiac - Electric Fence
3. 사이트 : 유투브(http://www.youtube.com/)
4. 재생시간 : 5:19
수업시간 활용방법
1. 기본내용 가. 전기펜스에 감전이 되는 현상을 사람들을 이용해서 다양한 방법으로 재현해 보는 영상입니다. 나. 전기회로에 대한 기본개념을 잡는데 도움이 될 수 있고, 직렬연결에서 전류가 일정하게 흐른다는 것과 병렬연결에 대한 간단한 현상도 생각해 볼 수 있습니다.
2. 전기회로 (0:30) 가. 젖은 땅에 맨발로 선채로 전기 펜스를 잡으면 전기펜스에서 고전압이 걸리고 땅바닥과 전위차가 생겨 손을 타고 몸을 통해 전류가 흐르게 됩니다. 이때 흐르는 전류의 양에 의해 충격을 받게 되는 것입니다. 나. 점프를 해서 공중에 떠있는 상태에서 전기 펜스를 잡는다면 끊어진 회로가 되기 때문에 전류가 흐르지 않게 됩니다. 다. 스티로폼을 밟고 올라서면 스티로폼은 절연체이기 때문에 전류가 흐르지 않게 될 것입니다. 라. 즉 전류는 회로가 형성되어야만 흐른다는 것을 알 수 있습니다.
3. 직렬연결(4:00)
가. 사람들이 옆으로 손을 잡고 한줄로 늘어섰을 때 연결된 모습이 직렬연결과 같습니다.
나. 전기펜스에 전원장치가 있고 사람들 하나 하나가 저항이 되어 직렬로 연결된 모습이라고 생각하면 됩니다.
다. 앞에 사람들은 스티로폼을 밟고 있기 때문에 아래쪽으로 전류가 흐르지 않게 됩니다. 따라서 전류는 모든 사람의 몸을 통과하여 마지막 사람을 통해 바닥으로 흐르게 됩니다.
라. 직렬연결에서는 전하량 보존의 법칙에 따라 모든 사람을 통과해 가는 전류가 다 같게 됩니다. 따라서 전원이 거의 똑같은 전기충격을 당하는 것을 알 수 있습니다.
마. 만약 인원이 더 많아 진다면 전체저항이 커지기 때문에 흘러가는 전류의 양이 감소하여 전기충격이 조금 작아질 것입니다.
4. 병렬연결(2:20)
가. 사람들이 옆으로 손을 잡고 모두 젖은 바닥에 발을 대고 있으므로 회로로 구성해 보면 일종의 병렬 연결이 됩니다.
나. 병렬연결에서는 저항마다 걸리는 전압이 같고 사람마다의 저항도 비슷하다고 가정하면 모든 사람이 거의 비슷한 전류가 흘러야 합니다.
다. 그런데 화면에 보면 전기펜스에 가장 가까운 사람이 가장 큰 충격을 받고, 멀리 있는 사람은 거의 충격을 받지 않는 것을 볼 수 있습니다.
라. 따라서 단순한 병렬연결로 보기는 어렵습니다.
마. 단순한 병렬연결과의 차이점은 사람끼리 잡고 있는 손에 있습니다. 일반적으로 병렬연결의 경우에는 저항과 저항을 연결할 때 저항이 거의 없는 선으로 연결하지만 이 화면에서는 사람끼리 손을 잡고 있기 때문에 사람의 손이 전선의 역할을 하게 됩니다.
바. 사람의 손에도 당연히 저항이 있습니다. 그래서 전기펜스에서 멀어질수록 계산을 해보면 저항값이 작아지게 됨을 알 수 있습니다.
사. 사람이 손으로 잡지 않고 몸을 서로 맞대어 사람과 사람사이에 저항이 없게 만든다면 병렬연결과 가까워지고 모든 사람이 거의 똑같은 충격을 받게 될 겁니다.
활용시 유의점
1. 젖은 지면에 발이 닿으면 접지가 되어 회로가 구성된다는 것을 알려줍니다. 대부분의 학생이 접지에 대한 개념이 부족하므로 접지에 대한 설명과 접지를 했을 때 회로가 어떻게 형성되는지를 미리 알려주는 것이 중요합니다.
2. 일부 전기펜스중에는 훨씬 전류가 강한 것이 있어 따라할 경우 위험할 수 있으므로 절 때 따라하는 일이 없도록 주의를 줍니다.
과학적 원리
1. 옴의법칙 : 도선에 흐르는 전류의 세기(I)는 전압(V)에 비례하고, 저항(R)에 반비례한다.
2. 직렬연결 : 여러개의 저항을 한줄로 연결하는 것
가. 전압 :각 저항에 걸리는 저항에 비례, 전체 전압은 각 저항에 걸리는 전압의 합과 같다. (V = V1 + V2)
나. 전류 : 어디서나 흐르는 전류값은 전체 전류와 같다. (I = I1 = I2)
다. 저항 : 전체저항은 각 저항의 합과 같다. (R = R1 + R2)
3. 병렬연결 : 각 저항의 양쪽 끝을 서로 이어서 연결하는 것
가. 전압 : 전체 전압은 각 저항에 걸리는 전압과 같다. (V = V1 = V2)
나. 전류 : 저항에 반비례하고 전체전류는 각 전류의 합과 같다. (I = I1 + I2)
다. 저항 : 전체 저항의 역수는 각 저항의 역수의 합과 같다.
창의적 문제
문 : 사람이 고압선에 매달리면 감전이 될까?
답 : 이론적으로 지면과 떨어져 있으므로 끊어진 회로가 된다. 따라서 회로형성이 되지 않았기 때문에 감전되지 않을 것이다. 단 고압선의 경우 어느정도 거리는 방전에 의해 전류를 이동시킬 수 있다. 따라서 지면과 가까운 곳이라면 감전될 수도 있을 것이다.
문 : 영상 마지막에 사회자가 손을 내밀었을 때 실험맨이 스티로폼에서 내려오지 않고 사회자 손을 잡았다면 어떻게 되었을까?
답 : 사회자는 맨발이 아니므로 젖은땅과 신발에 의해 절연되어 있다. 따라서 감전되지 않을 확률이 더 높다.
문 : 영상 마지막에 내려온 실험맨이 사회자 손을 얼른 잡았다면 사회자도 감전이 되었을까?
답 : 사회자의 발은 젖은땅과 절연되어 있으므로 감전되지 않을 확률이 높다.
문 : 감전이 되었는데 생명에는 지장이 없을까?
답 : 전압차가 많이 난다 해도 흐르는 전류의 양이 작으면 생명에는 지장이 없다. 사람이 죽고 사는 것은 전압차가 아니라 몸을 통해 흘러가는 전류의 양과 관계가 있기 때문이다.
참고자료 및 출처
- 인터넷 주소 : http://www.youtube.com/watch?v=-n1pSHzdahc
