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인류에게 ‘전기’를 선사한 과학자 마이클 패러데이

  • 2013.12.31.
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만일 전기가 발견되지 않았다면 인류는 지금 어떤 모습으로 살아가고 있을까요?

그랬다면 아마도 모든 일에 사람의 손이 직접 닿아야 했던 옛 시대의 모습을 지금도 계속하고 있을지도 모릅니다.
해가 지기 전에 밖에서의 일을 끝내야 하고, 땔감이 있어야만 밥을 먹을 수 있고, 더우면 더운 대로 추우면 추운대로 참고 살아야 할 일들이 많았을 것입니다.

그렇다면 인류가 눈으로 볼 수 없는 ‘전기’를 사용할 수 있게 된 것은 무엇 때문일까요?
전선에 전기가 물처럼 흐를 수 있는 것은 어떤 원리 때문일까요? 전자기유도법칙을 발견해 인류에게 전기를 선사한 전자기학의 아버지 ‘마이클 패러데이’에 대해 알아보겠습니다.

 

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‘마이클 패러데이(Michael Faraday)’는 1791년 영국 런던 빈민가에서 대장장이의 아들로 태어났습니다.
빵 한 덩어리로 일주일을 버텨야 할 만큼 가난했던 환경 탓에 어린 패러데이가 받을 수 있었던 교육은 교회 주일학교에서 배운 읽기, 쓰기, 셈하기 등의 기초교육이 전부였다고 합니다. 하지만 배움에 대한 열망이 컸던 패러데이는 14살에 책 제본공장의 견습공으로 취직을 했고, 그곳에서 기술을 배우며 제본용으로 맡겨진 책들을 읽기 시작했습니다. 그러던 중 우연히 ‘전기’와 관련된 책을 읽은 패러데이는 점점 과학에 흥미를 느끼기 시작해 1813년에는 왕립연구소에서 열린 영국 화학자 험프리 데이비(Humphrey Davy)의 강연을 듣고는 과학에 뜻을 품게 됩니다.

집으로 돌아온 패러데이는 강연에서 받은 강한 인상을 도취되어 과학 공부를 계속하고 싶다는 열망에 사로잡혔고, 이내 데이비경에게 강의에 대한 감상과 자신의 취직을 부탁하는 편지를 씁니다. 이런 과정을 거쳐 데이비경의 조교로 채용된 패러데이는 그의 밑에서 화학공부와 실험기술을 익히며 자신의 이론들을 하나하나 세워나가기 시작했습니다.

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데이비경의 연구소에서 분석 화학자로 활동하던 패러데이는 서서히 명성을 얻어갔습니다.
1820년 그는 에틸렌에서 수소를 염소로 치환해 탄소와 염소의 화합물을 만들어내는 데 성공했고, 1825년에는 벤젠 분리 기술과 굴절률이 높은 망원경용 광학유리의 개발에도 성공합니다.

패러데이는 화학 연구를 계속하다 자연스레 전기 연구에도 관심을 갖게 되었습니다.
그 즈음 그가 관심을 가진 대상은 덴마크 학자 외르스테드(Hans Christian Oersted)와 프랑스의 앙페르(Andre Marie Ampere)였습니다.

패러데이는 이들의 이론을 근거로 연구를 해서 최초의 전동기를 만들어냅니다. 외르스테드는 전류가 도선 주변에 자기장을 만든다는 사실을 처음 발견한 학자이고, 앙페르는 자기력이 도선 주위에 둥근 형태로 자기 효과를 나타낸다는 것을 입증한 인물입니다. 패러데이는 이 사실들을 바탕으로 ‘전류가 흐를 때 그 주위에 자기장이 생긴다면 자기장을 변화시켜 도선에 전류가 흐르도록 할 수 있다’‘전자기 유도 현상’에 관한 이론을 세웠습니다. 그리고 전기 에너지를 역학적 에너지로 전환시키는 장치를 만들어 자신의 이론을 입증합니다.

이 때 그가 한 실험은 철선을 여러 겹으로 감은 고리에 두 짝의 절연된 철사를 감은 장치를 만들고, 한 짝은 전류계에, 다른 한 짝은 전지에 연결해 이를 연결하거나 떼는 순간 전류가 흐르게 하는 것이었습니다. 그는 직접 전지에 연결되어 있지 않은 쪽의 철사에도 전류가 흐를 수 있다는 ‘유도전류’를 최초로 발견하고, 그것을 실제 입증한 것이었습니다.

 

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이 원리를 체계화해 패러데이는 1832년 ‘패러데이의 법칙’,을 발표했습니다.
그 후로 많은 사람들이 패러데이의 전자기 유도 규칙을 응용해 지속적인 전류를 생산해내는 발전기를 만드는 일에 뛰어들었습니다.

초기의 원시적인 상태에서 개량을 거듭하던 발전기는 50년 뒤 에디슨이 뉴욕 시내의 조명을 밝히는 실용적인 도구로 사용되기 시작했고, 곧 가정의 조명과 공장의 기기들을 돌리는 데에도 사용되었습니다. 뿐만 아니라 패러데이의 법칙은 맥스웰의 전자기장 이론으로 계승된 뒤, 1887년 다시 헤르츠의 전자기파 검출로 이어져 오늘날의 무선통신이 가능하게 하는 기틀을 만들기도 했습니다. 자석의 운동이 전류를 만들어낸다는 패러데이의 발견이 인류의 생활방식을 완전히 뒤바꿔 놓은 셈입니다.

패러데이가 전자기 유도현상을 발견한 후 과학 애호가들 앞에서 강연을 하던 어느 날의 일입니다.
당시 강연을 유심히 듣던 재무장관이 이런 질문을 그에게 던졌다고 합니다. “이 법칙이 어디에 도움이 될 수 있는가?” 그러자 패러데이는 “이것으로 장래에 세금을 매길 수 있게 될지도 모르겠습니다.”라고 재치 있게 답변했다고 합니다. 전자기 유도현상이 현재 발전기, 전동기, 변압기 등의 제작에 유용하게 이용되고 있으니 패러데이의 말이 결코 틀린 말은 아닌 셈인데요, 패러데이와 많은 학자들을 통해 오늘날 우리의 삶을 환하게 밝혀준 전기로 여러분의 소중한 삶도 더욱 환하게 비추시길 바랍니다.

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코멘트(1)

  • 헐렁이 4 년 전에

    좋은 글입니다…잘 보고 갑니다^^

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