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[원자력 탐험대 2화] 전기의 발견과 발전의 종류

  • 2014.03.31.
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물의 낙차로… 화석 연료 태워서… '전기 생산'
고대 그리스 철학자 탈레스, 정전기 현상 발견
불·물 등 힘의 원천 따라 발전 종류 달라져

춘천수력발전소

[춘천 수력 발전소. 물을 가두는 댐을 만들고, 한꺼번에 많은 물을 흘려 보낼 때 생긴 힘을 이용해 전기를 생산한다]

 

△전기는 누가 처음 발견했을까?

세상에서 가장 빠르고 편리한 에너지인 전기. 하지만 물이나 불처럼 자연에서 직접 얻기는 매우 어렵다. 

과학자들은 오랜 연구 끝에 인공적으로 전기를 만드는 법을 찾아냈다. 이것이 바로 '발전'이다.

그렇다면 전기를 처음 발견한 사람과 전기를 생활에 쓸 수 있게 한 과학자는 누구일까? 기원전 600년쯤 고대 그리스에는 탈레스란 철학자가 살았다. 당시엔 철학자가 수학ㆍ과학과 같은 학문도 함께 연구를 했다. 

어느 날 탈레스는 호기심에 호박과 털가죽을 마찰시켰다. 그러자 마찰 전기가 발생하면서 털이 일어나는 게 아닌가?
"털가죽으로 호박을 몇 번 닦았을 뿐인데, 이렇게 털이 일어나다니 신기한 걸." 

정전기

[인류가 처음 발견한 전기는 정전기다. 미끄럼틀을 타면 머리카락과 프라스틱의 마찰로 정전기가 생겨, 사진처럼 머리카락이 일어서기도 한다.]


겨울철 옷을 입을 때마다 머리카락이 서게 하는 '정전기'가 바로 최초로 발견된 전기이다. 실제로 전기를 뜻하는 영어 단어 '일렉트리서티'는 그리스 어로 호박을 뜻하는 '일렉트론'에서 유래했다고 한다. 

전기를 우리 생활에서 에너지로 사용하게 된 것은 그로부터 한참 뒤다. 

19세기 영국의 물리학자 톰슨(1853~1937)은, 전기란 전자라는 아주 작은 알갱이(입자)가 움직이면서 만들어지고, 그 알갱이가 빛이나 열을 낼 수 있다는 것을 실험을 통해 알아낸 것이다. 톰슨은 이 같은 발견에 그치지 않고 빛과 열을 필요로 하는 데 쓰이는 여러 전기 제품을 발명해 큰 돈을 벌기도 했다.

 

△발전의 원리와 종류

전기를 만들기 위해서는 기계 장치인 발전기가 꼭 필요하다. 그리고 이 발전기를 돌리는 또 다른 힘도 있어야 한다. 불ㆍ물이 대표적이다. 이 힘의 원천에 따라 발전의 종류가 달라진다.

수돗물을 세게 틀면 손이 따가울 정도다. 만약 아파트 꼭대기 층에서 수도를 튼다면 1층 화단의 흙은 깊이 팰 것이다. 수력 발전소는 이런 물의 낙차로 전기를 일으킨다. 폭포를 떠올리면 한결 이해하기 쉽다. 강의 상류에 댐을 만들어 물을 가둔 뒤, 한꺼번에 폭포처럼 높은 곳에서 낮은 곳으로 흘려보내는 것이다. 그리고 이때 생기는 힘으로 커다란 발전기를 돌려 전기를 얻는다. 발전기의 원리는 간단하다. 톱니바퀴에 맞물린 전자석을 돌려 전기를 일으키는 것이다. 그 모습이 궁금하다면 자전거 바퀴의 움직임으로 켜지는 라이트를 보면 알 수 있다. 꼬마 전구 아래에 어린이 주먹만 한 원통 안에 작은 발전기가 숨겨져 있다. 특히 수력 발전에선 물레방아와 같은 수차가 발전기를 돌리는데, 수차가 움직이기 시작한 지 5분 만에 필요한 양의 전기를 빠르게 생산할 수 있다. 물이 떨어지는 힘만을 이용하기에 발전소를 움직이는 비용이 낮고, 오염 물질도 생기지 않는다. 하지만 많은 돈을 들여 댐을 만들어야 하는 데다, 지을 곳도 한정돼 있기에 마음껏 늘릴 수 없다.

화력 발전은 석탄ㆍ석유ㆍ가스 등과 같은 화석 연료를 태워 증기 터빈을 움직이고, 발전기를 돌려 전기를 얻는 방식이다. 수차 대신 증기 터빈이, 물 대신 석탄이나 석유를 태우면서 나오는 열이 발전기를 돌리는 역할을 한다.

세계 최초의 화력 발전소는 19세기에 등장했다. 1880년 12월 20일 설립된 미국 뉴욕의 에디슨 전기 조명 회사가 1882년 9월 4일 뉴욕 시 펄 스트리트 화력 발전소에서 전기를 공급받아 거리와 가정에 백열등을 밝혀 준 것이다. 우리나라에서는 이로부터 5년 뒤인 1887년 경복궁에 석탄을 사용하는 발전기를 설치하고, 전기를 얻기 시작했다.

화력 발전은 댐이 필요 없기에 짧은 시간에 장소와 상관 없이 원하는 곳에 설치할 수 있다. 하지만 석탄이나 석유를 태울 때 나오는 이산화탄소 등 해로운 물질은 지구촌의 큰 골칫거리다. 

우리나라는 지금도 화력 발전을 이용해 전체 전기 사용량의 절반 이상을 만든다. 그러니 전기를 아껴쓸수록 해로운 물질을 덜 내보낼 수 있어 환경 보호에도 큰 도움이 된다는 사실을 잊어선 안 된다.

 

소년한국일보(140326)

– 작성 : 소년한국일보 윤석빈 기자 binys@snhk.co.kr

– 원문보기 : http://ka.do/5Luv

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