[첨단 헬로티]
원자는 +, - 전기를 갖는다
물질을 마찰하면 전기가 생기는데, 대체 이 전기는 어디에서 생기는 것일까? 물질의 구조 그 자체에 비밀이 숨어 있다. 물질은 모두 원자라는 극히 적은 입자가 서로 모여서 이루어진다. 원자는 영어로 ‘아톰(Atom)’ 이라고 하는데, 이것은 그리스어로 ‘더 이상 분할되지 않는 것’이란 뜻의 말에서 생긴 것이다.
그러나 원자 구조의 연구가 진행됨에 따라 더 이상 분할되지 않는다던 원자가 더욱 더 작은 ‘전기의 알갱이’로 이루어졌다는 사실이 밝혀졌다.
원자의 구조는 <그림 1>과 같이 중심 부분에 원자핵이 있고, 원자핵은 양자라 불리는 플러스 전기를 띤 미립자와 전기를 갖지 않는 중성자로 이루어진다. 이 원자핵의 주위를 마이너스 전기를 띤 미립자인 전자가 일정하게 궤도를 그리며 회전한다.
▲ 그림 1. 원자의 구조(예)
보통 상태에서는 원자핵이 갖는 플러스(+) 전기량과 그것을 둘러싼 전자의 마이너스(-) 전기량이 같으므로 원자로서는 +, -의 전기량이 상쇄되어 외부로는 나타나지 않게 된다.
자유 전자의 기능
그런데 <그림 2>와 같이 원자의 궤도 중 가장 바깥쪽을 돌고 있는 전자는 원자핵과의 결합이 약해, 궤도를 벗어나 물질의 내부를 자유로이 돌아다닐 수 있다. 이러한 전자를 ‘자유 전자’라 한다.
▲ 그림 2. 자유 전자가 나오면 +로 대전한다
이 때 원자는 +전하가 여분이 되어, 전체적으로는 +전기의 성질을 갖게 된다.
또한 <그림 3>과 같이, 외부로부터 자유 전자가 들어오면, 그 전자가 가진 - 전기의 성질을 띠게 된다. 즉 물질은 중성의 상태에서 전자가 부족하면 +로 대전하고, 전자가 과잉이면 -로 대전하는 것이다.
▲ 그림 3. 자유 전자가 들어오면 -로 대전한다
“한 방울의 물과 전자의 크기는 지구와 바닷가의 모래 한 알에 비교된다”
☆ 1개의 전자가 갖는 마이너스 전하량은 1.602×10-19(쿨롬)이다. 매초 1쿨롬의 비율로 전기량이 통과할 때의 전류 크기를 1암페어라 한다. 1암페어의 전류가 흐르기 위해서는
1÷(1.602×10?19)?≒?6.24×1018(개)
의 전자가 이동하게 된다.
☆ 전자의 질량은 작아, 9.108×10-31(kg)이다.
※ 본 기사는 그림해설 가정전기학 입문에서 발췌한 내용입니다.
