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전기를 공부하다보면 여러가지 관련된 호기심들이 발동합니다. 상상력이 풍부할수록 더 기발한 질문이 나올텐데요. 어릴적에 자동차에 번개가 치면 어떻게 될까 궁금해하던적이 있습니다. 과연 어떻게 될까요? 재미있는 전기 이야기 함께 살펴보실까요?
자동차에 번개가 치면 어떻게 해야할까?
자동차에 번개가 친다면 차 안에 있는 사람은 어떻게 될까요? 무사할까요?
자동차 위로 쏟아져 들어온 전자들이 서로 반발하여 금속의 바깥쪽 표면으로 퍼져나갑니다. 그러다가 결국엔 스파크가 일어나면서 차체로부터 땅속으로 방전이됩니다. 어떤 순간에도 자동차 표면에 있는 전자들의 분포는 자동차 내부의 전기장을 영으로 만들도록 되어있습니다. 이것은 모든 도체에서 일어나는 일인데요. 결과론적으로 보면 자동차 안에 있는 사람은 안전합니다.
전기장은 정확히 0입니다. 정전기를 띠고 있는 도체 안에서 전기장이 없는 것은 전기장이 금속을 뚫고 들어가지 못하기 때문이 아닙니다. 도체안의 자유전자들이 내부의 전기장이 0일때만 움직임을 멈추고 '정착'할 수 있기 때문입니다.
중학교 실험시간에 실습했었던 간단한 예를 들어보겠습니다. 대전된 금속구는 서로 미는 힘을 작용하기 때문에 전자들끼리 가능한 서로 멀리 떨어지게 됩니다. 그래서 전자들은 금속구 표면에 균일하게 분포합니다. 시험 양전하를 정확히 구 가운데 놓으면 아무런 힘도 받지 못합니다.
예를 들어 구의 왼쪽부분에 있는 전자들이 시험 전하를 왼쪽으로 당기지만 구의 오른쪽 부분에 있는 전자들은 시험 전하를 같은 크기의 힘으로 오른쪽으로 당깁니다. 그래서 시험 전하에 미치는 알짜힘은 0이 됩니다. 그래서 전기장도 역시 0이 됩니다. 도체가 구 모양이 아니라면, 전하 분포는 균일하지 않습니다. 예를 들어 정육면체라면 전하의 대부분은 모서리에 몰려갑니다.
더욱 신기한점은 면과 모서리의 전자분포가 정육면체 안의 어디에서나 전기장이 0이되도록 분포된다는 것입니다. 만일 도체 내부에 전기장이 있다면 도체 내부의 자유 전자들은 평형이 될때까지 움직입니다. 결과론적으로 모든 전자들의 위치가 도체 내부의 전기장을 0으로 만들때 까지 움직입니다.
중력은 인력만 작용하기 때문에 차폐할 방법이 없습니다. 즉, 인력을 상쇄할 척력이 없기 때문이죠. 그러나 전기장을 차폐시키는 것은 비교적 간단합니다. 챂몌시키고자 하는 대상을 도체 표면으로 둘러싸기만 하면 됩니다. 그러면 도체 표면의 자유전자들이 도체 표면에서 움직여 도체 표면의 전기장이 0이 되도록 만듭니다. 이것이 어떤 전자 부품을 금속 박스에 넣어두거나, 어떤 통신선을 금속으로 감싸는 이유이며, 모두 외부의 전기작용으로부터 차폐시키려는 목적입니다.
그러므로 여기서 확인한 사실! 번개가 쳐서 무서우면 뾰족하게 솟은 나무나 탑, 전신주 근처는 피해주시고 차라리 자동차 내부로 들어가는 것이 안전하다는 것입니다.