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탈레스, 정전기 발견
이상하게 생각한 그는 헝겊 조각, 깃털 등을 가지고 같은 실험을 하였더니, 가벼운 물체들은 여전히 호박에 달라붙는 것을 발견하였다.
그는 호박을 마찰하면 물체를 끌어당기고, 마찰하지 않으면 끌어당기지 않는 신비로운 현상을 설명하려고 노력하였으며, 마찰된 호박이 왜 물체를 끌어당기는 것인지에 대하여는 알지 못했으나 이러한 사실을 기록으로 남겼다. 이것이 최초의 정전기이다. 전기를 발견한 최초의 사람이 탈레스이다.
호박(琥珀, 독일어: Bernstein 베른슈타인, 영어: Amber 앰버)은 나뭇진의 화석이다. 보석으로 여겨져 장식품이나 절연재에 쓰이지만 광물은 아니다. 호박의 연대는 보통 3,000 만 ~ 9,000 만여 년으로, 곤충이나 작은 포유류 등 포유물이 들어가 있는 경우도 있다. 북유럽과 도미니카 공화국의 호박이 유명하다.
개루이지 알로이시오 갈바니(Luigi Aloisio Galvani, 1737년 9월 9일 ~ 1798년 12월 4일)
갈비아는 1780년 해부한 개구리 다리에 서로 다른 금속을 댔을 때 근육이 경련하며 움직이는 현상을 발견하고 이를 생물체 내에 존재하는 '동물 전기' 때문이라고 주장했다.
실제로 그는 개구리 뒷다리를 많이 연구하였다. 각종의 금속으로 개구리 뒷다리에 꽂아 근육경련을 점검하기도 했다.
"우리는 신경에서 미세한 전류가 흐르며 그것이 전기회로와 유사하게 작동한다는 것을 우연히 관찰하였다."
1780년 볼타의 친구였던 루이지 갈바니가 두 종류의 서로 다른 금속이 개구리의 근육에 닿을 경우 금속으로 인해 전류가 생겨 개구리의 근육이 움직인다는 사실을 발견하였다. 갈바니는 이 실험을 통해서 동물의 체내에 전기를 발생시키는 조직이 있다고 주장하였다.
알레산드로 주세페 안토니오 아나스타시오 볼타(Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, 1745-1827)
볼타는 이탈리아의 물리학자로서 갈바니의 의견에 동조하지 않았다. 전기는 개구리 다리와 상관없이 금속판 때문에 발생한다고 믿었다. 그래서 그는 연속 전류를 공급해 줄 수 있는 전지를 처음으로 개발하였다. 1794년 영국의 왕립 학회는 그에게 코플리 메달을 수여하였다.
1801년에 나폴레옹 1세의 초청으로 볼타는 파리를 방문하였고, 볼타가 그의 앞에서 몇 가지 실험을 시행해 보이자 이에 만족한 나폴레옹 1세는 그에게 메달과 훈장을 주었으며 후에는 백작의 작위까지 주었다.
전압을 측정하는 단위인 볼트는 1881년 볼타의 업적을 기려 그의 이름을 따서 지어진 것이다.. 볼타는 갈비아의 논문에 대해 "전기는 동물이 아니라 서로 다른 두 금속의 접촉에서 발생한 것"이라고 반박했다.
이 논쟁 과정에서 볼타는 인류 최초의 화학 전지인 '볼타 전지'를 발명하게 된다. 전기는 개구리와 상관이 없다는 것이다.
볼타 전지는 물 전기분해 실험까지 했다.
윌리엄 길버트(William Gilbert, 1540-1603), 전기라는 명칭 사용
전기라는 명칭은 영국의 길버트(1544~1603)에서 유래한다. 그는 마찰한 호박이 끌어당기는 신비한 힘을 호박에 대한 그리스어인 electra에서 따서 전기(electricity)라는 용어를 처음으로 사용하였다.
그는 엘리자베스 여왕의 시의로 있으면서 자석과 정전기에 대하여 많은 실험을 하여 [자석]이라는 책을 발간하였다. 그는 물질에는 마찰 전기가 잘 생기는 것과 잘 생기지 않는 것이 있다는 것 등 정전기에 대한 많은 실험 결과를 남겼다.
그는 나침반의 바늘이 항상 남북을 가리키는 까닭이 지구의 남쪽과 북쪽에 나침반을 끌어당기는 힘이 있기 때문이라고 생각하였습다. 길버트는 우리가 사는 지구가 큰 자석이라고 생각한 것이다.
나침반
나침반의 한자 어원을 말하면 羅 (벌일/그물 나)는 '늘어놓거나 벌려 놓는 것을 뜻하고', 針 (바늘 침)은 '방향을 가리키는 자석 바늘을 뜻하고', 盤 (소반/받침 반)은 '바늘이 놓이는 판이나 받침대를 뜻한다.' 즉 나침반은 '바늘을 벌여놓은 판'이라는 뜻으로, 방향을 가리키는 바늘이 달린 도구를 의미한다.
그러나 달에는 지구처럼 행성 전체를 둘러싸는 지구형 자기장(Global magnetic field)이 없기 때문에 나침반이 작동하지 않는다.
지구만 자력이 있고 달과 우주에는 자기장이 없다
지구는 내부의 액체 외핵이 회전하면서 거대한 발전기 역할을 해 강력한 자기장을 만들어지만 달은 크기가 작아 내부가 대부분 식어있고 전 지구적인 자기장을 만드는 '다이너모 효과'가 일어나지 않는다.
다이나모(발전기) 이론은 액체 상태의 외핵이 대류하고 회전하면서 유도 전류를 발생시켜 지구 자기장을 유지한다는 이론이다.
지구 자기장 이유, 다이나모 효과
지구 자기장(혹은 지자기라고 부름)은 커다란 자석과도 같은 지구가 방출하는 자기장을 뜻한다. ‘다이나모 이론’에 따르면 지각 아래 약 3,000㎞ 지점의 지구 외핵 내부에서 동위원소가 붕괴하면서 발생하는 열 때문에 온도 및 밀도 차이가 발생한다.
이들이 유발하는 대류 현상으로 인하여 액체 상태의 철과 니켈 등으로 구성된 유체가 끊임없이 빠른 속도로 움직이게 되어 유도전류가 생성되며, 이로 인하여 결국 지구 회전축을 따라서 지구 자기장이 형성된다고 알려져 있다
달과 우주에는 자기장이 없다
달뿐만아니라 우주에도 자기장이 없다. 이는 우주조종사들이 경험한 바이다. 나침반을 들고 가면 지구처럼 행성 주변에는 자기장이 있지만, 행성과 행성 사이 공간이 너무 넓고, 아무것도 없이 텅 비어 있어서 자기장이 작용하지를 않는다.
그래서 지구에서 쓰던 나침반을 우주로 들고 나가면 어느 한 방향을 가리키지 못하고 계속 핑그르르 돈다.
달과 우주 공간에서 나침반이 작동하지 않는 이유는 행성 규모의 전역적인 자기장이 없거나 방향을 잡을 만큼 강하지 않기 때문이다.
하나님은 우주를 창조하였지만 특히 지구만 자기장으로 끌고 있듯이 하나님의 백성들도 성령장장으로 끌고 있다.
윌리엄 길버트(William Gilbert,1540~1603), 전기와 자기를 분리
전기 연구의 시작은 16세기 영국의 윌리엄 길버트가 전기와 자기를 체계적으로 연구했다. 그는 전기 현상과 자기 현상을 명확하게 구분하여 연구했다.
호박(amber)을 문지을 때 생기는 인력 현상에 착안해 '일렉트리시티(electricity)'라는 용어의 유래를 만들었다.
그의 저서 《자석에 관하여》(De Magnete)는 1600년에 출간한 책으로 전기와 자기 분야의 실험적 연구를 촉발했으며, 당시 갈릴레오나 케플러 같은 천문학자들에게도 큰 영감을 주었다.
장로교도, 마이클 패러데이( Michael Faraday, FRS, 1791년 9월 22일~1867년 8월 25일)
잉글랜드의 물리학자, 화학자로서 당대에 유명했던 독실한 개신교인이다. 아인슈타인이 존경했던 사람이기도 하다. 생전 아인슈타인의 연구실 벽에는 패러데이의 초상화가 걸려 있었다고 한다. 또한 어려운 가정환경을 딛고 성공한 인간 승리의 사례로도 유명하다.
그는 신실한 스코틀랜드 장로교 신자였다. 물리 법칙을 통하여 하나님의 영광을 드러내려고 했다.
당대의 많은 초창기 과학자들처럼, 마이클 패러데이 역시 지극한 신앙심과 과학자로서 자연 만물은 신의 섭리와 능력이 투영되어 있는 것이었으며, 물리학적 기본 법칙에 대해서도 신에게 더 가까이 다가갈 수 있는 방법이라고 할 수 있었다.
특히 뉴톤적 고전역학의 세계관에서 본다면, 신의 섭리로 운행하는 이 모든 세상은 수학적으로 아름답고 깔끔한 방식으로 이해될 수 있는 것이었으므로, 마이클 패러데이 역시 이 당시의 이와 같은 세계관에 영향을 받았다. 그는 하나님의 나라를 물리법칙을 통하여 드러내기를 원했다.
1825년에 벤젠을 발견하였고, 화학적인 방법으로 합성한 금 나노입자를 거의 최초로 발견하기도 하였다. 이외에 전기분해를 생각해 내기도 했다.
인간적 제인 거부
더 위대한 것은 영국왕이 주려고 했던 기사 작위도 사양했는데 이때 남긴 유명한 말이 "그냥 패러데이로 남고 싶습니다"고 했다. 그래서 그는 죽은 뒤 웨스트민스터 사원이 아니라 런던의 하이게이트 공동묘지에 묻혔다. 그 외에도 살아생전 온갖 혜택을 주겠다는 제안이 들어왔지만, 패러데이는 제안들을 대부분 다 거절했다.
패러데이는 "지적인 노력에 대해 상을 준다면 그 가치가 떨어진다고 생각한다"라는 말을 남기기도 했다. 패러데이의 이러한 겸손한 면모는 많은 사람들의 존경심을 불러 일으켰고, 지금도 패러데이는 아이작 뉴턴, 제임스 클러크 맥스웰, 찰스 다윈 등과 함께 영국인이 가장 사랑하는 과학자 중 하나로 회자되고 있다. 아인쉬타인까지 존경하는 과학자이다.
전자기학의 아버지
그는 별칭으로 맥스웰과 함께 전자기학의 아버지라고도 불린다. 화학 분야에서도 수많은 업적을 남겼을 뿐만 아니라, 물리 분야에서도 매우 중대한 업적을 남겼다. 특히 전자기 유도는 그를 빼놓고서는 절대로 이야기할 수 없는 그의 가장 대표적인 발견이라고 할 수 있다.
마이클 패러데이는 전자가 유도법칙을 고안했다. 하나님은 그를 통하여 오늘날 모터가 있게끔하여 과학기술문명을 획기적으로 발전시켰다.
전자기 유도 법칙은 코일 주변의 자기장이 변할 때 코일에 전압이 생겨 전류가 흐르는 현상이다.
페러디는 전류가 자기 장을 형성한다는 원리를 초대로 하여 역으로 자기장이 유도 전류를 형성한다고 생각했다. 오늘날 모터의 원리는 모두 패러디의 자기장이 전류를 흐르게 한다는 원리에서 나온 것이다.
자기장으로모터를 발명한 패러데이
전류를 주지 않고 양쪽에 자석만 갖다가 대어도 자기장이 형성되어 모터가 돌아가는 것이다. 패러데이는 전류가 흐르는 도선이 자석 주변에서 회전하는 현상을 실험으로 증명하며, 전기 에너지를 운동 에너지로 바꾸는 최초의 전자기 회전 장치(전기 모터의 시조)를 만들었다.
건전지가 없어도 자석만 있으면 코일에 전류가 흐르게 되어 불이 켜진다.
벤자민 프랭클린
벤자민 플랭클린은 정치가, 외교관, 출판업자. 과학자, 발명가일뿐아니라 미국의 건국 아버지 중의 한 명으로 검소 근면한 청교도 정신을 가진 개신교도이다.
1752년에 그의 유명한 실험인 '연 실험'을 행하였고, 번개가 전기를 방전한다는 것을 증명하였다.
벤자민 프랭클린의 연 실험은 1752년 폭풍우가 치는 하늘에 전도성 와이어가 달린 연을 띄워 번개가 전기 현상임을 증명한 역사적인 과학 실험이다. 실크로 만든 연 꼭대기에 뾰족한 금속(철) 선을 붙이고, 연줄로는 전기가 통하는 젖은 삼끈을 사용했다.
1752년 번개가 전기로 이루어졌다는 사실을 확인했다. 번개는 하늘의 전기였던 것이다.
그는 번개가 신화적 두려움의 대상이 아니라 구름과 땅 사이의 거대한 전기 방전 현상임을 명확히 입증했다. 이 실험으로 얻은 지식을 바탕으로 건물을 벼락으로부터 보호하는 피뢰침을 발명했다.
플랭클린은 1753년 영국 왕립학회(Royal Society) 회원으로 선정되었고, 코플리 메달을 받았다. 현실적으로 번개는 100분의 1초라는 찰나의 순간에 사라지므로 에너지를 안정적으로 담아둘 겨를이 없다.
그런데다가 어디서 내리칠지 정확히 예측해 피뢰침이나 포집 장치를 설치하기 어렵다. 번개 한 번에는 수억~수십억 볼트의 엄청난 전압이 실려 있어, 일반적인 전선이나 저장 장치에 곧바로 흘려보내면 장비가 폭발하거나 타버린다.
에디슨은 미국의 발명가 및 사업가이다. 세계에서 가장 많은 발명(축음기, 전구 등)을 남긴 사람으로 1,093개의 미국 특허가 에디슨의 이름으로 등록되어 있다.
가장 중요한 업적으로 전력 생산과 송전 시스템, 그리고 전구의 발명과 개발을 들 수 있다. 이 발명들은 인류의 에너지 생산과 이용 방식은 물론 생산방식과 생활양식을 근본적으로 바꿔놓았다.
전기를 동력으로 쓰면서 인류는 대량생산·대량소비 시대를 더욱 발전시킬 수 있었다. 에디슨의 업적 중 인류의 삶을 가장 극적으로 바꾼 것이 바로 이것이다.
그의 발명품을 통해 가정과 사무실, 공장에서 전기를 이용해 생활하고 업무를 보는 신세계를 만들어냈다. 백열전등과 발전소는 현대 산업사회로 가는 가장 중요한 발전 중 하나로 평가된다, 그 파생산업과 상품은 이루 말할 수 없다. 그는 하늘의 전기를 땅의 전기로 만들었다.
미국의 제2차 대각성 운동(1790년대-1840년대)이후 하나님은 미국을 축복의 국가로 만들어 천재적인 인물을 준비하셨다. 그는 에디슨이다.
당시의 미국의 과학기술은 유럽에 비해 내세울 게 없었다. 특히 유럽의 물리학은 19세기 말에서 20세기 초까지 막스 플랑크, 닐스 보어, 퀴리 부부, 아인슈타인, 하이젠베르크 등 천재적인 학자들이 서로 경쟁하며 비약적인 발전하고 있었으나 미국은 이렇다할만한 학자 하나 없었다. 그러나 학자는 없었지만 발명가 에디슨이 있었다.
비록 에디슨은 학자적인 이론을 갖고 있지는 못했지만 실험과 호기심을 통한 발명으로 미국을 응용기술 면에서 유럽을 압도할 수 있는 국가로 만들었다.
미국의 2025년 연방 정부 예산(약 6조 4,290억 달러, 한화 약 8,500조 원 이상)은 단일 국가 기준 세계 최대 규모이며, 유럽연합(EU) 및 주요 유럽 국가들의 예산과 비교할 때 압도적인 수준이다. 유럽 28개국의 예산과 맞먹는다. 우리나라 예산의 10배이다.
오늘날 미국이 있기까지 에디슨은 중차대한 역할을 하였다. 그의 가장 위대한 발명품은 백열전등을 통해 인류에게 전기의 필요성을 알려주었고, 발전소를 통하여 온 세상을 밝게 하였다. 에디슨은 태초부터 전기가 있었다는 사실을 알고 있었을 것이다. 하늘의 전기는 하나님이 준비한 사람들을 통하여 땅의 전기로 실현되었다.
에디슨과 고종
에디슨이 1만 번이 넘는 실험과 다른 발명 결과를 참조해 개발했다는 전등은 강한 빛과 긴 수명을 바탕으로 인류의 시간 이용을 늘렸다. 1886년 조선 최초로 경복궁에 불을 밝힌 전기등은 바로 에디슨사의 제품이었다.
에디슨은 경복궁 건청궁에 발전소를 건립했다.
프랑시스 업튼이 에디슨에게 업무 보고서를 보냈다.
약 2000여 개의 전등을 쓸 수 있는 제2 전등소를 설립했다.
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