정전기는 일상 생활의 도처에 있는 부분입니다. 그것은 우리 주변에 존재합니다. 때로는 머리를 헝클어뜨릴 때와 같이 재미있고 분명합니다. 때로는 휴대폰의 전자 장치에 의해 이용될 때처럼 숨겨져 유용합니다. 건조한 겨울은 정전기의 성가신 단점이 있는 성수기입니다. 문 손잡이나 의류 건조기에서 갓 나온 따뜻한 담요를 만질 때마다 작은 번개가 치는 것과 같은 전기 방전이 발생합니다.
정전기는 사람들이 관찰하고 기술한 가장 오래된 과학적 현상 중 하나입니다. 그리스 철학자 밀레투스의 탈레스가 첫 번째 설명을 했습니다. 기원전 6세기에 쓴 글에서 그는 호박을 충분히 세게 문지르면 작은 먼지 입자가 달라붙기 시작한다고 언급했습니다. 300년 후 테오프라스투스 는 탈레스의 실험을 이어받아 다양한 종류의 돌을 문지르고 "끌어당김의 힘"도 관찰했습니다. 그러나 이들 자연 철학자 모두 자신이 본 것에 대한 만족스러운 설명을 찾지 못했습니다.
영어 단어 "electricity"가 처음 만들어지기까지 거의 2,000년이 더 걸렸습니다. 이 단어는 " 호박과 같은 "을 의미하는 라틴어 "electricus"를 기반으로 합니다 . 가장 유명한 실험 중 일부는 전기의 기본 메커니즘을 이해하기 위해 Benjamin Franklin 이 수행했으며 , 이것이 그의 얼굴이 100달러 지폐에서 웃는 이유 중 하나입니다. 사람들은 전기의 잠재적인 유용성을 빠르게 인식했습니다.
물론 18세기에 사람들은 마술이나 기타 공연에서 정전기를 주로 사용했습니다. 예를 들어, Stephen Gray의 " 날아다니는 소년 " 실험은 대중적인 공개 데모가 되었습니다. Gray는 Leyden 항아리를 사용하여 실크 코드에 매달린 젊은이를 충전한 다음 정전기를 통해 책 페이지를 넘기거나 작은 물건을 들어 올리는 방법을 보여주었습니다. 정적 인력을 사용합니다.
전하가 양전하와 음전하를 띠고 있으며 총 전하가 항상 보존된다는 사실을 포함하여 Franklin의 통찰력을 바탕으로 이제 우리는 원자 수준에서 정전기 인력의 원인이 무엇인지, 그것이 미니 번개를 일으킬 수 있는 이유 및 이를 이용하는 방법을 이해합니다. 다양한 현대 기술에서 사용하는 데 방해가 될 수 있습니다.
이 작은 불꽃은 무엇입니까?
정전기는 전하 사이의 상호 작용력으로 인해 발생 합니다. 원자 규모에서 음전하는 전자라고 불리는 작은 기본 입자에 의해 운반됩니다. 대부분의 전자는 단단하고 생명이 없는 돌이든, 부드럽고 살아있는 신체 조직이든 상관없이 대부분의 물질 내부에 깔끔하게 포장되어 있습니다. 그러나 많은 전자도 어떤 물질의 표면에도 있습니다. 각각의 다른 재료는 고유한 특성 강도로 이러한 표면 전자를 보유합니다. 두 물질이 서로 마찰하면 전자가 "약한" 물질에서 빠져나와 더 강한 결합력을 가진 물질에서 스스로를 찾을 수 있습니다.
정전기의 불꽃으로 알려진 이러한 전자 이동은 항상 발생합니다. 악명 높은 예는 놀이터 미끄럼틀 아래로 미끄러지는 어린이, 카펫을 따라 발을 질질 끄는 사람 또는 악수하기 위해 양모 장갑을 벗는 사람입니다.
그러나 우리는 공기의 습도 가 매우 낮은 건조한 겨울에 그 효과를 더 자주 목격 합니다. 건조한 공기는 전기 절연체이고 습한 공기는 전도체 역할을 합니다. 건조한 공기에서 전자는 더 강한 결합력으로 표면에 갇히게 됩니다. 공기가 습할 때와 달리 원래 있던 표면으로 되돌아갈 방법을 찾지 못하고 전하 분포를 다시 균일하게 만들 수 없습니다.
정전기 스파크는 잉여의 음전하를 가진 물체가 음전하가 덜한 다른 물체에 접근하고 잉여 전자가 전자를 "점프"하게 만들 만큼 클 때 발생합니다. 양털 깔개를 가로질러 걸어가는 것처럼 전자는 축적된 곳에서 문 손잡이와 같이 전자가 과도하지 않은 다음 접촉으로 흐릅니다.
전자가 갈 곳이 없으면 전하가 표면에 축적되어 임계 최대값에 도달하고 작은 번개 모양으로 방전됩니다. 뻗은 손가락과 같이 전자가 갈 곳을 지정하면 가장 확실하게 zap을 느낄 것입니다.
미니 스파크의 힘
때때로 성가시지만 정전기의 전하량은 일반적으로 매우 적으며 오히려 무해합니다. 전압은 일반적인 전원 콘센트의 전압의 약 100배일 수 있습니다. 그러나 이러한 엄청난 전압은 걱정할 필요가 없습니다. 전압은 물체 간의 전하 차이를 측정한 것일 뿐입니다. "위험한" 양은 얼마나 많은 전자가 흐르는지 알려주는 전류입니다. 일반적으로 정전기 방전에서 몇 개의 전자만 전송되기 때문에 이러한 잽은 매우 무해 합니다.
그럼에도 불구하고 이러한 작은 스파크는 컴퓨터의 하드웨어 구성 요소와 같은 민감한 전자 제품에 치명적일 수 있습니다. 소수의 전자에 의해 운반되는 작은 전류는 실수로 전자를 튀기기에 충분할 수 있습니다. 이것이 전자 산업 종사자들이 접지 상태를 유지해야 하는 이유입니다. 이는 본질적으로 전자가 빈 고속도로 "집"처럼 보이게 하는 유선 연결입니다. 금속 부품을 만지거나 손에 키를 들고 접지하는 것도 쉽습니다. 금속은 매우 좋은 전도체이므로 전자는 거기에 가는 것을 매우 기쁘게 생각합니다.
더 심각한 위협은 가연성 가스 근처에서의 방전입니다. 이것이 주유소에서 펌프를 만지기 전에 몸을 접지하는 것이 좋습니다. 당신은 길 잃은 휘발유 연기를 태우는 길 잃은 불꽃을 원하지 않습니다. 또는 전자 산업 종사자가 매우 민감한 전자 부품을 작업하기 전에 안전하게 접지하기 위해 널리 사용되는 정전기 방지 손목 밴드에 투자할 수 있습니다. 손목 주위를 감는 전도성 리본을 사용하여 정전기 축적을 방지합니다.
일상 생활에서 충전 축적을 줄이는 가장 좋은 방법은 가습기를 가동하여 공기 중의 수분량을 높이는 것입니다. 또한 보습제를 사용하여 피부를 촉촉하게 유지하는 것도 큰 차이를 만들 수 있습니다. 건조기 시트는 천에 소량의 섬유 유연제를 발라 옷이 건조될 때 전하가 축적되는 것을 방지합니다. 이 양의 입자는 느슨한 전자의 균형을 맞추고 유효 전하를 무효화합니다. 즉, 옷이 서로 붙어 있는 건조기에서 나오지 않습니다. 카펫에 섬유 유연제를 문지르면 전하 축적을 방지할 수 있습니다. 마지막으로, 면 옷과 가죽 바닥 신발을 신는 것이 양모 옷과 고무 바닥 신발보다 낫습니다.
정전기 활용
정전기의 성가신 위험과 가능한 위험에도 불구하고 확실히 이점이 있습니다.
현대 기술의 많은 일상적인 응용 프로그램은 결정적으로 정전기에 의존합니다. 예를 들어 복사기는 전기 인력을 사용하여 하전된 톤 입자를 종이에 "접착"합니다. 방향제는 방의 냄새를 좋게 해줄 뿐만 아니라 먼지 입자에 정전기를 방전시켜 악취를 제거하여 악취를 제거합니다.
유사하게, 현대 공장에서 발견 되는 굴뚝 은 오염을 줄이기 위해 대전판을 사용합니다. 연기 입자가 스택 위로 이동함에 따라 금속 그리드에서 음전하를 줍습니다. 일단 충전되면 양전하를 띠는 굴뚝의 다른 쪽 판에 끌립니다. 마지막으로 대전된 연기 입자는 폐기할 수 있는 수집 플레이트에서 트레이로 수집됩니다.
정전기는 또한 예를 들어 레이저 빔으로 단일 원자를 픽업하는 데 사용되는 나노 기술 로 발전 했습니다. 그런 다음 이러한 원자는 다양한 컴퓨팅 응용 프로그램에서와 같이 다양한 목적으로 조작될 수 있습니다. 나노기술의 또 다른 흥미로운 응용은 정전기를 통해 팽창된 상태와 접힌 상태 사이를 전환할 수 있는 나노 벌룬 의 제어입니다 . 이 분자 기계는 언젠가 신체 내의 특정 조직에 약물을 전달할 수 있습니다.
정전기는 발견된 지 2500년이 넘었습니다. 그것은 여전히 호기심과 성가심입니다. 그러나 그것은 또한 우리의 일상 생활에 중요한 것으로 입증되었습니다.
Sebastian Deffner는 볼티모어 카운티에 있는 메릴랜드 대학교의 물리학 조교수입니다. 이 기사는 Deffner와 양자 메모리의 계산 오류를 줄이기 위한 공동 연구를 수행하고 있는 Muhammed Ibrahim이 공동 저술했습니다.
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