정전기 전신 (사례연구)

600 BC쯤 밀레투스 지방의 탈레스는 그리스의 첫 번째 철학자라 여겨졌습니다 그는 그가 발견한 현상을 순수 과학으로 증명한 첫 번째 과학자였죠 그가 한 주요 발견으로는 호박과 같은 돌들을 털에 문질렀을 때 희한한 현상을 보이는 것입니다 호박은 털을 잡아당기는 보이지 않는 힘을 발산하는듯했죠 그는 이 행동이 호박에 자성을 부여했다고 생각했고 자석석으로 했을 때도 이와 같은 결과를 보일 거라 예상했습니다 그 후 많은 사람들이 털과의 접촉이나 마찰이 불균형을 만드는 것을 발견했습니다 어떠한 힘이 털에서부터 나왔고 다른 물체로 전달되었죠 이것은 당기거나 밀어내는 힘을 만들었을뿐더러 쇼크가 일어날 가능성도 있었죠 하지만 방전되었을 때는 힘이 사라졌습니다 쇼크는 한 형태의 방전이었고 불균형을 뒤집었죠 이것은 우리가 관심이 있는 천둥번개에 대해 역사를 썼습니다 자연의 가장 열렬한 힘과 난폭함을 보여준 것 중 하나죠 많은 문화권에선 이것을 사람 선에선 어쩔 수 없는 신의 힘이라 칭했고 이를 신의 영역이라 믿었습니다 17세기까지는, 이를 보이지 않고 형태가 없고, 헤아릴 수 없고 심지어는 시럽같이 늘어나거나 줄어드는 물질이라고 생각했습니다 그리고 이 작은 쇼크와 번개가 연관이 있다는 것은 1752년에 벤저민 프랭클린에 의해 발견되었습니다 위험하기로 유명한 실험으로 자신의 아들과 실이 젖은 연을 쇠붙이로 땅에 고정시킨뒤 뇌우 속으로 넣었죠 그 후 그의 주먹을 쇠붙이에 대어봤을 때 작은 쇼크를 느꼈습니다 털과 접촉했을 때 생긴 것과 동일한 것이요 이것은 번개도 털과 마찰됐을때 발견된 것과 같지만 그저 규모가 큰 것이란 걸 보여줬죠 그 후 사람들은 물체를 두 가지로 나누었습니다 하나는 방전이 가능한 금이나 구리 같은 것으로 전기 전도체라 불렸습니다 흥미롭게도 이 물체들은 열도 잘 전달했습니다 그리고 두 번째는 고무와 같이 방전을 허용치 않는 부도체라고 불렸습니다 그리고 이 물체들은 열의 전달을 억제하는데도 좋았습니다 그리고 우리는 탈레스가 겪었던 이 힘을 측정해보기 시작했죠 한가지 방법으론 pith ball이라 불리는 스펀지 공을 실로 매달은 뒤 털에 마찰시킨 부도체를 공에 갖다 댔을 때 그쪽으로 당겨지면서 편항 형상을 만드는 것을 발견했죠 만약에 더 많은 물체를 갖다 대면 더 큰 당기는 힘에 의해 당겨졌죠 우리는 부도체의 모양이 차이를 만든다는 것도 깨달았죠 얇고 큰 부도체가 더 큰 힘을 낸다는 것을 발견했습니다 놀랍게도 구리 와이어와 같은 전도체는 당기는 힘을 전달할 수도 있었습니다 이것은 긴 와이어를 pith ball 과 하전 된 부도체 사이에 두었을 때 증명되었습니다 하전 된 물체를 와이어에 갖다 댔을 때 pith ball 을 와이어를 통해서 바로 잡아당겼습니다 나중에 손으로 와이어를 만졌을 때 바로 방전이 일어났고 와이어가 더 이상 공을 당기지 않았죠 그 후 사람들은 이것은 미래의 시각 전신이라 추측했죠 1774년 프랑스의 발명가 George Louis Le Sage가 첫 번째로 이 아이디어를 실험한 사람 중 하나죠 그는 와이어당 하나의 알파벳을 나타내는 26개의 와이어로 이뤄진 방사조직으로 메시지를 보냈습니다 방전이 한쪽에서 이뤄지면 다른 쪽에 있는 pith ball이 움직였죠 이 전신의 문제로는 방 두 칸 사이로밖에 전달이 되지 않았습니다 편향하는 힘이 작았고 사용하기 힘들었죠 그래도 많은 과학자들이 사용되는 힘의 크기를 늘리기 위해 큰 하전의 차이를 만드는 기술을 만들려 노력했습니다 그 후 일 년 뒤에 알레산드로 볼타가 원하는 만큼의 방전을 만드는 법을 발견했습니다 이것은 하전 된 물체가 주변의 전도체에 전하를 전달할 수 있다는 생각에서 나온 것이지요 그저 금속 물체를 부도체에 갖다 대기만 하면 금속 물체의 전량 분포를 당겨서 금속 물체에 불균형이나 전자 장력을 만들었습니다 그리고 손가락을 금속에 갖다 대면 방전이 일어나고 금속 물체는 부도체인 손잡이를 사용해 떼어졌고 하전은 금속 물체에 남아있었습니다 따라서 원하면 손가락과 같은 전도체로 만져서 방전 시킬 수 있었습니다 놀라운 것은 금속 물체를 다시 충전하지 않고도 몇 번 더 반복할 수 있었습니다 따라서 우리는 다수의 작은 방전을 만들 수 있었죠 그 후 벤저민 프랭클린은 이 방전들을 어떻게 저장할지에 대해 주목했습니다 그는 전기는 보이지 않는 액체라고 생각했습니다 왜냐하면 전기가 물을 통해 움직인다는 걸 알았기 때문이죠 그래서 그는 부도체 안의 물은 전기를 저장할 수 있다 생각했습니다 이것은 병안에 물을 채워 넣고 금속 프로브를 위에 얹은 레이덴의 병 실험이라고 불립니다 또 프랭클린은 병의 밖을 전도체로 감쌌습니다 그리고 그가 하전 전도체를 위의 프로브에 갖다 댔을 때 방전이 일어나고 병안에 저장되었죠 더 중요한 건 병이 여러 번 충전될 수 있었습니다 각각의 스파크가 병안의 전자 장력 혹은 전하 분리를 향상시켰죠 쉬운 비교로 병을 풍선이라 생각해보죠 그리고 각각의 방전마다 조금의 물을 넣는다 생각합시다 100번의 반복 후엔 장력이 엄청나집니다 그리고 힘을 방출하려면 프로브로 바깥쪽 전도체를 만집니다 큰 방전이 일어나죠 프랭클린은 이것을 계속해서 발전시켰습니다 그리고 마침내 하전은 물이 아닌 유리에 저장되는 걸 발견했죠 물은 그저 프로브와 병을 연결해주는 전도체였습니다 오늘날 우리는 이것을 축전기라 부릅니다 그리고 그는 더 많은 병이 모였을 때 저장공간이 늘어났고 엄청난 양의 전기를 저장할 수 있는 걸 발견했죠 그 후 마찰 톱 기계를 사용해 전하를 축전기에 저장하는 더욱 효과적인 방법을 연구하였고 모인 하전을 방출시켜서 사람이 만든 번개를 보일 수 있었습니다 그리고 그 후 50년 사람들은 더 긴 와이어와 더 강력한 방전을 이용해 스파크를 먼 곳으로도 전달할 구조를 연구했습니다 그러나 정전식의 방전을 전달하는 것은 어설프고 구식인데다가 이전의 시각 전신과 비교해 나아진 게 없어 보였습니다 따라서 정부와 산업은 이를 무시했습니다 하지만 발전은 계속되었고 전기의 혁명은 임박해오고 있었습니다