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전기, 

누가 발견하고 발전시켰을까?




‘전기’ 없는 삶이 가능할까요?


인간은 오늘도 전기를 사용하고 내일도 전기를 사용할 것입니다. “물은 생명을 만들고 불이 인류문명의 시작이라면 전기는 현대문명의 시작이다“라는 말이 있을 정도로 현대문명에서 전기는 없어서는 안 될 중요한 존재니까요. 그렇다면 이 전기의 존재를 가장 처음 알아낸 이는 누구일까요?




전기는 누가 최초로 발견했을까?


놀랍게도 전기는 과학자가 아닌 철학자가 발견했습니다. 기원전 600년 경, 그리스의 철학자 탈레스가 그 주인공이죠. 그는 나무의 수지가 화석화된 보석인 호박Amber을 털가죽으로 문지르다가 작은 물체가 달라붙는 현상을 발견했는데요. 이후 정전기가 발생하는 현상을 본격적으로 연구하기 시작했죠. 실험 끝에 ‘전기’의 존재를 알아냈고 이는 현대문명의 시작이 됐습니다.




전기(에너지)를 뜻하는 일렉트리시티electricity 라는 영어 단어는 이 호박을 의미하는 그리스어 일렉트론elektron에서 유래했다고 합니다.



전기와 자석의 상관관계?


전기는 자기력 Magnetic Force 의 친구입니다. “전기는 자석을 만들고, 자석은 전기를 만든다”라는 말에서 알 수 있듯이 그 둘은 많은 연관이 있는데요.




1820년 덴마크의 물리학자 외르스테드 H.C.Oersted 는 이 사실을 실험으로 증명했죠. 그는 전기, 즉 전류가 흐르는 방향을 축으로 시계 반대 방향으로 자기력이 생겨 나침반이 움직인다는 사실을 발견했어요. 전류의 자기작용을 최초로 발견한건데요. 이 현상은 그의 이름을 따서 '외르스테드의 법칙'이라고 불렸죠. 이 분야는 추후 전기와 자기의 상호작용을 연구하는 전자기학으로 크게 발전했답니다.


1831년 영국의 과학자 패러데이 Michael Faraday 는 이와 반대로 나침반과 자석을 움직이면 전류가 흐른다는 사실을 발견했습니다. 자기에서 전기가 생기는가?에 대한 질문에 답을 찾은거죠. 이전까지는 전기와 자기를 별개의 것으로 보았지만, 패러데이의 발견 이후 전기와 자기는 떼어놓고 이야기할 수 없는 관계라는 사실이 받아들여졌습니다. 패러데이는 이러한 특성을 이용해 최초로 모터와 발전기를 발명하기도 했어요. 




대량 전기 생산의 아버지는 누구인가?


하지만 전자기기가 아무리 많이 개발되더라도 전기 에너지를 대량 생산할 수단이 없다면 그 모든 발명은 무의미하겠죠. 이런 이유로 과학자들은 전기를 효율적으로 대량 생산할 수단을 연구하기 시작했습니다.



1897년 영국의 과학자 톰슨J.J.Thomson은 영국 왕립연구소 회의에서 당시 대세였던 “원자는 더는 쪼갤 수 없는 기본입자이다“라는 돌턴의 원자설에 반하는 이론을 발표했습니다. 원자를 쪼갠 미립자를 발견했다는 주장이었는데요. 톰슨이 발견한 이 미립자가 바로 ’전자‘였습니다. 톰슨은 전자의 발견으로 1906년 ’노벨 물리학 상‘을 받았죠.




이후 1942년 미국의 과학자 페르미 Enrico Fermi 세계 최초로 우라늄 핵분열 연쇄반응 실험에 성공했는데요. 이후 1953년, 원자력 기술이 세계에 공개되었고 이로 인해 세계 여러 국가에서 원자력에 관한 연구개발이 시작됐습니다. 마침내 1956년에 그 어떤 발전 수단보다 많은 양의 전기를 만들 수 있는 최초의 상업용 원자력 발전소, 영국의 콜더 홀 원자력 발전소가 가동됐죠.


전례 없는 효율적 에너지 생산 수단인 원자력 발전소가 탄생하면서 인류에게 풍족하게 전기가 보급되기 시작했습니다. 진정한 현대문명이 시작된 거죠. 우리가 매일 쓰는 전기의 보급을 위해 수많은 과학자들의 노력과 열정이 있었다는 사실! 새삼 놀랍죠?



그럼에도 아직 해결되지 못한 난제들


전기 대량 생산과 배전 기술이 아무리 발전했다 하더라도, 아직 인간의 힘으로는 어쩔 수 없는 문제들이 많습니다. 과연 무엇일까요?



① 손실 없이 전기 저장하기


전기 에너지를 한곳에 저장하는 일은 아직도 불가능합니다. ’배터리에 저장하면 되는 거 아닌가요? ‘라고 생각하는 분들도 많을 텐데요. 배터리에 저장되는 전기는 전기 에너지를 화학 에너지로 변환하여 저장하는 원리이기 때문에 엄밀히 따지자면 100% 옳은 말은 아니랍니다.




어쨌든 배터리가 있으니 이 문제는 해결된 거 아니냐고요? 하지만 배터리를 사용하더라도 문제는 남아있습니다. 배터리에서 전기 에너지를 빼낼 때 에너지 변환 과정에서 손실이 발생한다는 점입니다. 화학전지, 공기를 압축한 전지 등 전지의 종류에 따라 적게는 10%부터 많게는 50%까지 에너지 손실이 일어나죠. 과학자들은 이를 해결하기 위해 꾸준히 노력하고 있답니다.



② 손실 없이 전력 송전하기



전압이 같은 상황일 때 온도가 높아질수록 전류가 적게 흐릅니다. 1827년 독일의 물리학자 옴이 세운 가설 ”전압과 전류는 비례하는데 R은 전압과 전류에 의해 정해지는 게 아니라 전선의 굵기와 길이에 따라 정해진다(V=IR)“와도 일치하는 현상인데요. 이를 다시 말하면 모든 물리적인 물체는 저항이 있다는 것입니다.


문제는 이런 저항의 존재 때문에 배전 과정에서 기껏 만든 전기가 공중으로 증발한다는 거죠. 발전소에서 만든 전기 에너지를 운송할 때 열이 발생하는데 이때 발생한 열에너지에 비례해 전력손실이 일어납니다.


이런 현상을 막기 위해 송전선로에는 고유저항이 낮은 구리와 알루미늄이 주로 사용되지만, 발전소는 대부분 도시에서 멀리 떨어진 곳에 지어지므로 배전 과정에서 전력손실이 발생하는 현상은 막을 수 없죠. 물론 저항이 0에 가까운 ’초 전도체‘라는 물질이 있긴 하지만 송전로의 재료로는 사용할 수 없다고 해요.


송전 과정에서 항상 이런 손실이 발생하면 전기는 국산이지만 모든 원료는 수입에 의존하고 있는 한국에선 손해가 참 크겠죠. 어서 기술이 발전해 전력손실 문제도 꼭 해결됐으면 좋겠네요.




그리스의 한 철학자가 우연히 발견한 ’전기‘. 당시 사람들은 그의 주장을 믿지 않았지만 그는 포기하지 않고 연구해 후손들에게 자신의 지식을 전달했습니다. 이후 철학자, 과학자들의 노력과 열정 덕분에 오늘날 현대문명이 탄생했죠. 오늘도 전기를 사용하며 과거 철학자, 과학자 그리고 오늘날 안정적인 전력 공급을 위해 수고하시는 분들의 노고에 감사를 표합니다.




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