정전기 유도

손을 대지 않아도 반응하는 마법

머리카락에 마구 문지른 풍선을 빈 알루미늄 캔에 살짝 가까이 대면 신기한 일이 벌어져요. 풍선과 캔이 직접 닿지도 않았는데 캔이 스르륵 풍선을 향해 굴러오기 시작하죠.

이것은 마술이 아니라 물질 속에 숨어 있는 아주 작은 알갱이인 전자들의 대이동 때문이에요. 평소 알루미늄 캔 속에는 양전하(+)와 음전하(-)가 똑같은 수만큼 얌전하게 섞여 있어서 겉으로는 아무런 전기도 띠지 않아요.

그런데 마찰로 음전하를 듬뿍 얻은 풍선이 다가오면 상황이 급변해요. 같은 음전하끼리는 서로 강하게 밀어내기 때문에, 캔 속에서 자유롭게 헤엄치던 전자들이 풍선이 무서워 반대쪽 먼 구석으로 우르르 도망치거든요.

그 결과 풍선과 가까운 쪽은 전자가 부족해져 플러스(+) 전기를 띠게 돼요. 서로 다른 전기는 끌어당기므로 캔이 풍선 쪽으로 이끌려 굴러오게 되는 것이랍니다.

금속과 종이는 어떻게 다를까요?

그렇다면 금속이 아니라 종이나 플라스틱 같은 물체는 어떨까요? 전기가 잘 통하는 도체(금속)에는 마음껏 돌아다닐 수 있는 자유 전자가 풍부해서 정전기 유도가 아주 시원하게 일어나요.

반면에 종이처럼 전기가 통하지 않는 부도체(절연체) 속 전자들은 원자에 꽁꽁 묶여 있어서 멀리 도망갈 수 없어요. 하지만 전자들은 포기하지 않고 제자리에서 몸을 비틀어 풍선 반대편으로 살짝 쏠려요.

원자 하나하나의 형태가 찌그러지면서 한쪽 끝은 플러스, 반대쪽 끝은 마이너스로 줄을 서는 것이죠. 이렇게 부도체에서 일어나는 미세한 전하 쏠림을 유전 분극이라고 불러요. 책받침을 문질러 머리 위에 대면 머리카락이 곤두서거나 빗에 종이 조각이 착 달라붙는 것도 모두 이 현상 덕분이에요.

조금 더 정확히 말하면

조금 더 정확히 말하면 정전기 유도가 일어났다고 해서 물체에 새로운 전기가 생겨난 것은 아니에요. 밖에서 전자가 들어오거나 나간 적이 없으니 물체 전체의 총 전하량은 언제나 변함없이 0(중성)이에요.

단지 내부에 있던 전자들의 위치가 한쪽으로 잠시 쏠렸을 뿐이라서, 가까이 가져갔던 대전체를 멀리 치우면 전자들은 즉시 제자리로 흩어져요. 물체는 감쪽같이 원래의 평범한 상태로 되돌아가죠.

만약 이 전기를 물체에 영원히 남기고 싶다면 손가락을 살짝 대는 '접지'라는 기술을 써야 해요. 도망친 전자들이 손가락을 타고 몸 밖으로 빠져나가게 만든 뒤 손을 떼면, 물체는 마침내 완벽하게 전기를 띤 상태로 남게 된답니다.