학교에서 가르쳐주지 않은 전기에 관한 5가지 흥미로운 사실

멈춰서 생각해 보면, 우리가 사회를 건설하고 전력을 공급하기 위해 전기를 어떻게 활용해왔는지는 정말 놀랍습니다. 우리의 뇌와 근육에 힘을 실어주는 동일한 자연 현상을 다른 모든 일에 사용하는 것은 거의 마술처럼 보입니다. 물론 우리 모두는 전기의 발견과 사용이 인간 사회를 어떻게 영원히 변화시켰는지 학교에서 배웠지만, 기술이 너무 오랫동안 사용되어 왔기 때문에(전력선은 생각보다 일찍 발명되었습니다) 우리는 그것을 당연하게 여깁니다. 그럼에도 불구하고 전기는 파고들수록 계속해서 놀라움을 선사하는 주제입니다. 심지어 전기 기술자들이 그것을 완전히 이해하지 못하고, 실제로는 누구도 이해하지 못한다고 말하는 것을 듣게 될 것입니다. 그런 의미에서 우리는 여러분이 전기에 대해 몰랐을 수도 있는 몇 가지 사항을 살펴보고 싶습니다.

분명히 모든 사람의 학교 생활 경험은 독특합니다. 다음 중 일부 또는 전부를 배웠을 수도 있습니다. 그렇다면 축하드립니다. 귀하의 학교에 자금이 지원되고 교사들이 관심을 가져주셔서 기쁩니다. 그럼에도 불구하고, 다음 중 최소한 몇 가지가 놀라운 일이 되어 휴대폰 충전기를 연결할 때 두 번 생각하지 않는 사항에 대한 감사의 마음이 깊어지기를 바랍니다.

모든 미국 어린이는 벤저민 프랭클린(Benjamin Franklin)이 열쇠를 끈에 연결한 채 폭풍 속에서 연을 날렸다가 번개가 칠 때 거의 감전사할 뻔했다는 이야기를 알고 있습니다. 이러한 현상은 전기가 일반화되기 전인 1700년대에 발생한 것으로 추정되므로 프랭클린이 이를 발견했다고 가정합니다. 설마. 인간은 비록 그들의 이해가 오늘날 우리의 것보다 더 원시적이었음에도 불구하고 수천 년 동안 전기를 관찰해 왔습니다.

BBC Science Focus는 전기와 관련된 과학적 발견에 대한 탁월한 요약을 제공합니다. 밀레투스의 탈레스(Thales of Miletus)는 기록된 역사상 최초로 정전기를 관찰한 사람 중 한 명으로, 기원전 585년경에 활동한 그리스 철학자입니다. 우리는 15세기부터 전기라는 단어를 얻었고, 이후 몇 세기 동안의 실험은 프랭클린이 태어나기 훨씬 전에 전기를 전도하고, 절연하고, 저장하는 방법에 대한 지식을 확장했습니다. 벤저민 프랭클린(Benjamin Franklin)은 전기뿐만 아니라 많은 관심을 가진 르네상스 사람이었다는 점을 기억하는 것도 중요합니다. 많은 과학자들이 현상을 더 깊이 연구하고 오늘날 우리가 가지고 있는 현상을 형성하는 데 일생을 바친 프랭클린을 따랐습니다.

아마도 더 중요한 것은 역사적 기록이 프랭클린의 유명한 연 실험에 대한 의구심을 불러일으킨다는 점일 것입니다. 1752년 6월에 일어난 일이라고 기록되어 있지만 프랭클린이 어디서 그런 일을 했는지, 아니면 프랭클린이 직접 했는지는 확실히 아는 사람이 없습니다. 그가 그 후 몇 달 동안 사람들에게 이에 대해 알리는 것을 게을리하고 자신이 (NPS를 통해) 실험을 수행한 사람이라는 사실을 명확하게 문서화하지 못한 것은 도움이 되지 않습니다. 공평하게 말하면, 워싱턴의 벚나무 신화처럼 전면적인 날조라기보다는 이 설명에 대한 몇 가지 증거가 있습니다. 프랭클린은 많은 귀중한 공헌을 한 놀라운 사람이었지만 그의 연 이야기는 그중 하나가 아닐 수도 있습니다.

그렇습니다. 거주 가능성이 있는 골디락스 지대에 있는 것으로 유명한 지구상의 번개는 어떻게든 우리 자신의 별보다 더 뜨거워질 수 있습니다. 물론 여기에는 약간의 뉘앙스가 있습니다. 번개 자체는 10의 크기로 기록되는 것이 아닙니다. 기술적으로 전기는 온도로 측정할 수 없지만 공기와 같은 물질은 측정할 수 있습니다. 전기 저항은 엄청난 양의 열을 발생시킬 수 있으며, 이는 부분적으로 전기 작업에 사용하기 전에 적절하게 절연된 도구가 필요한 이유입니다. 고려해야 할 또 다른 요소는 공기가 가장 열악한 도체 재료 중 하나이기 때문에 온도가 약 화씨 50,000도(섭씨 27,760도)까지 올라갈 수 있다는 것입니다.

또한 태양은 전체적으로 단일하고 균일한 온도가 아닙니다. 브리태니커에 따르면, 태양의 표면은 화씨 약 10,000도(섭씨 5,537.78도)이지만, 더 깊은 곳에서는 화씨 2,700만도(섭씨 14,999,982.22도)까지 올라갑니다. 코로나와 같이 태양 위의 온도도 약 화씨 180만도(섭씨 999,982.22도)에 도달할 수 있습니다. 따라서 이 경우 번개는 태양 표면과 주변 대기보다 더 뜨거워집니다.

이것은 무서운 숫자이지만 실제로는 번개가 제기하는 위협을 과장하는 경향이 있습니다. 번개가 당신의 차를 칠 수 있고 당신은 흠집 없이 살아남을 수 있습니다. 번개는 또한 항상 비행기에 부딪히며 심한 난기류에 비해 약해집니다. 물론 낙뢰로 인해 사람이 죽기도 하지만, 국립 기상청(National Weather Service)의 낙뢰 생존자 이야기(Lightning Strike Survivor Stories)를 확인하고 그 이야기를 전하기 위해 살아남은 사람들의 긴 목록에 놀라세요.

빛의 속도가 우주의 속도 제한이라고 하잖아요. 우리가 아는 한, 빛의 속도나 더 빠른 속도로 여행하는 것은 공상과학 소설로 남을 것입니다. 그러나 어떤 것들은 가까워질 수 있고, 전기도 그 중 하나입니다. 당신은 지금 당장 이 효과를 직접 관찰할 수 있습니다. 불을 켜기만 하면 거의 즉시 켜집니다. 인간의 하드웨어는 빛의 속도와 빛의 속도보다 약간 느린 것의 차이를 구분할 만큼 민감하지 않습니다. 하지만 전기는 빛의 속도의 약 90%에 도달합니다. 빛은 눈 깜짝할 사이에 299,792km/s의 속도로 우주를 이동하는 반면, 전기는 약 270,000km/s의 속도로 약간 뒤처집니다. 더 흥미로운 질문은 왜 전기는 너무 빨리 움직인다.

복잡해요. 이 질문에 답하면 전기가 얼마나 뇌를 파괴하는지 알 수 있습니다. Science Question With Surpriing Answers의 물리학 교수인 Christopher S. Baird가 그 이유를 설명합니다. 전기는 자유롭게 움직이는 전자, 양자 입자 및 와이어를 따라 이동할 때 상호 작용하는 전자기장과 관련이 있습니다. 전류가 기술적으로 전자보다 빠르게 움직인다는 사실과 같이 이 아원자 수준에서는 이상한 일이 발생합니다. 전자는 와이어를 통해 경쟁하지 않습니다. 대신 전자기장의 변화로 인해 전류 효과가 단일 전자보다 훨씬 빠르게 전파됩니다. 상황을 더 혼란스럽게 만들기 위해 개별 전자 표류 속도부터 전기 효과가 시스템을 통해 전파되는 속도까지 측정해야 할 몇 가지 고유한 속도가 있습니다.

혼란스럽다면 걱정하지 마세요. 기본적으로 전선의 전기는 적어도 진공 상태에서는 빛의 속도에 접근할 수 있습니다. 그러나 구성 요소의 속도(예: 개별 전자의 속도)는 다양하며 때로는 한 단계 더 느려집니다. 따라서 전기는 전자가 가까이 있지 않음에도 불구하고 역설적으로 빛의 속도에 가깝게 이동할 수 있습니다.

자동차는 처음부터 가솔린 구동 내연 기관이었다가 나중에 기술이 개선되면서 더 깨끗하고 조용하며 더 나은 종류의 전기 자동차가 등장했다는 것은 일종의 무자비한 가정입니다. 놀랍게도 이는 사실이 아니다. 최초의 전기 자동차는 여러분이 생각하는 것보다 더 오래되었으며, 1832년에 등장했습니다. 수십 년 미국 남북전쟁 이전. 미쳤지? 그러나 역사를 파헤쳐 보면 더 많은 뉘앙스가 있습니다. 연소 엔진은 전기 모터보다 수백 년 앞서 있었지만 1858년 석유가 주류를 이루기 전에는 화약, 수소, 가스(가솔린 아님) 및 기타 연료를 사용했습니다. 따라서 우리가 알고 있는 현대 내연 기관과 전기 모터에 대해 이야기한다면 전기 모터가 실제로 경주에서 승리했습니다. 말장난 의도입니다.

최초의 전기 자동차에는 엄청난 한계가 있었습니다. 그것은 본질적으로 죽기 전에는 마을 반대편으로 운전할 수 없는 바퀴 달린 달팽이였으며, 배터리는 사용할 때마다 교체해야 했습니다. 재충전 가능한 배터리는 약 30년 후인 1859년까지 존재하지 않았습니다.

또한 이 기간 동안의 전력망은 오늘날의 전력망과 같지 않았다는 점은 말할 것도 없습니다. 참고로 클리블랜드는 공공 전기 조명을 갖춘 미국 최초의 도시였으며 1879년까지는 그런 일이 일어나지 않았습니다. 현대 미국에서 신뢰할 수 있는 전기 자동차 충전기를 찾는 것은 여전히 ​​문제이므로 그 당시 전기 자동차를 소유하는 것은 물론이고 충전하는 것을 상상해 보십시오. 그러나 상황은 바뀌었고 2023년보다 한동안 더 많은 미국인이 전기 자동차를 소유했습니다. 포드의 모델 T와 저렴한 휘발유 덕분에 그러한 명성은 끝났고 나머지는 역사입니다.

오늘날 AC와 DC 전력의 차이는 재미있는 과학 수업이지만 초기에는 열띤 논쟁이 있었습니다. Thomas Edison은 자신의 DC보다 경쟁자인 George Westinghouse의 AC에 강력히 반대했습니다. 그는 AC가 더 위험하다고 공개적으로 주장한 전기 기술자 Harold Brown을 포함하여 그의 지지자들을 지지했습니다. 또한 AC 전류에 의한 빠르고, 고통 없고, 손상 없는 죽음을 옹호한 치과의사 Alfred Southwick도 있었습니다. 특히 당시 뉴욕주에서는 보다 “인도적인” 처형 방법을 고려하고 있던 뉴욕주를 위한 해결책이었습니다. 그래서 에디슨은 웨스팅하우스의 이름을 더럽혀 “AC”와 “감전사”를 동의어로 만들기 시작했습니다.

귀하가 요청한 출처에 따라 Edison은 Westinghouse의 AC를 밀어내기 위해 치열한 자본주의 경쟁을 위해 이 작업을 수행했을 수도 있고 AC가 나쁜 생각이라고 진심으로 믿었을 수도 있습니다. 에디슨이 소비자 사용에 대한 AC의 예상 위험에 대한 “증거”로서 원시적인 AC 전원 전기 의자가 다양한 동물을 죽였다는 시연을 지원한 혼란스러울 정도로 오해를 불러일으키는 언론 스턴트가 있었습니다. 그는 나중에 감옥에 AC 전기 의자를 채택하는 일을 촉진하기도 했습니다. 하지만 여기서 중요한 것은 에디슨이 이 문제에 대한 권위를 가질 만큼 감전사에 대해 충분히 알지 못했다는 것입니다. 이제 우리는 전기의자가 고통이 없고 인도적인 선택이 아니라는 것을 알고 있습니다.

동기와 관계없이 에디슨의 노력은 반쯤 성공했습니다. “웨스팅하우스”는 적어도 한동안은 감전사의 동의어가 되었습니다. 그러나 궁극적으로 전기 전송에는 AC가 더 나은 반면, DC는 단거리 응용 분야에 가장 적합했으며 이는 오늘날에도 마찬가지입니다. 아, 그리고 Westinghouse Electric Corporation은 이 글을 쓰는 시점에도 여전히 존재하고 있는 반면, GE는 아이러니하게도 또 다른 전 CEO인 Jack Welch의 잘못된 결정으로 인해 휘청거립니다.