Q&A로 살펴본 ‘전기’…전류의 방향에 따라 용도가 달라진다

기사승인 2020-02-29 04:00:00

호박 보석(사진=삼성SDI 제공) [쿠키뉴스] 임중권 기자 =◆전기란 무엇인가? 전기는 양(+), 음(-) 두 종류의 전하(입자가 가지는 전기적 성질)에 의해 발생하는 다양한 현상을 뜻한다.

인류 최초의 전기 현상 발견은 기원전 600년 그리스 철학자 탈레스의 경험에서 비롯됐다. 그는 호박(발틱해의 보석)을 모피에 문지를 때 양(+), 음(-)이 발생해 호박이 가벼운 물체를 잡아당기는 것을 보고 정전기 현상을 발견했다. 이로 인해 현대 전기(Electricity) 용어의 기원은 호박을 의미하는 그리스어 일렉트론(ήλεκτρον)이 됐다.

이후 인류 전자기학의 선구자인 영국 물리학자 월리엄 길버트가 16세기 말 전자기학을 연구해 학문의 초석을 다졌다. 뒤를 이어 물리학자 그레이는 전기가 흐르는 성질을 가졌고, 전기가 흐르면 도체, 흐르지 않으면 부도체로 나뉜다는 것을 발견했다. 18세기 프랑스의 학자 뒤페와 쿨롱 등의 노력으로 양(+)과 음(-)‧전자의 존재, 전기적인 성질을 가진 두 물체 사이에는 전기력이 발생한다는 것이 밝혀졌다.

◆전기가 에너지를 생산하는 방식은?

전기가 우리 생활에서 유용한 이유는 전기의 흐름이 에너지를 만들어 내기 때문이다. 물리학자 그레이가 밝혀낸 것처럼 전기는 흐르는 성질을 가졌고 전기가 흐르는 물질을 도체라고 불렀다. 도체를 통해 흐르는 전기를 에너지로 활용하는 방식이다.

도체는 우리 주변에서도 많이 볼 수 있다. 전선(電線)은 발전소에서 생산된 전기를 도선을 따라 길게 흐르게 해주는 도체이며, 배터리에 들어 있는 흑연(음극), 전해질 등도 도체의 종류다. 전기가 통하는 것이면 모두 도체라고 생각하면 이해가 쉽다.

이러한 도체를 이용해 1800년 이탈리아의 볼타는 흐르는 전기를 만들어내는 중요한 발명을 했다. 구리판과 아연판 사이에 소금물을 적신 천 조각을 끼운 것을 여러 층으로 쌓아 올려 볼타 전지를 발명한 것이다. 볼타 전지는 전기를 계속 흘릴 수 있어 인류가 정전기의 수준에서 벗어나 흐르는 전기를 이용할 수 있게 한 첫걸음이 된 중요한 발명으로 평가받는다.

◆복잡한 전기단위들의 의미는?…V(볼트)‧mAh(밀리암페어아워)‧kWh(킬로와트아워)

전자제품과 전기와 관련된 서적과 기사를 보면 대부분의 수치 뒤에는 단위가 등장한다. 예컨대 전압은 220V, 갤럭시S20 울트라 배터리는 5000mAh, BMW i3 전기차 용량은 37.9kWh 등 여러 종류다.

먼저 물리학자 볼타의 이름에서 유래된 볼트는 전압의 단위를 뜻한다. 전압은 전기를 흐르게 하는 힘이다. 전자제품의 전원이라고 생각하면 된다. 한국은 220V를 쓰지만, 미국과 일본 등은 110V를 사용한다. 충전기, 노트북 등의 어댑터를 보면 5V, 12V, 48V등으로 표기된다.

두 번째로 mAh는 ‘밀리암페어아워, 밀리암페어시’라고 하며, mAh는 1mA(밀리암페어)의 전류가 1시간 동안 흘렀을 때 전기량이다. 보통 스마트폰 배터리 용량에 4000~5000mAh로 표기된다.

마지막으로 kWh(킬로와트아워, 킬로와트시)는 전력량의 단위다. 전력량은 전기가 일정 시간 동안 하는 일의 양이다. 단위는 Wh(와트시, 와트아워), kWh(Wh의 1000배) 등을 사용한다.

◆전류의 방향에 따라 용도가 달라진다?

전류에는 직류(DC‧Direct Current)와 교류(AC‧Alternating Current)가 있다. 전류의 +, - 방향이 일정하게 한 방향으로 흘러가는 전기를 직류라고 한다. 전류의 방향이 한 번은 음의 방향으로, 한 번은 양의 방향으로 흐르는 등 크기와 방향에 변화가 일어나는 전기를 교류라고 부른다.

과거 직류방식은 미국의 발명왕 에디슨에 의해 제시됐다. 교류방식은 발명가이자 과학자 니콜라 테슬라에 의해 떠올랐다. 두 천재는 서로가 제시한 전기방식이 옳다며 경쟁을 했지만, 최종 승자는 사실상 직류다.

현재 직류는 대부분의 가전제품뿐만 아니라 스마트폰 등 배터리가 들어가는 모바일 기기에 널리 사용되고 있다.

다만 직류는 전선을 따라 이동 중에 전압이 변동될 수 있어 장거리 송전에 맞지 않았다. 이에 테슬라는 변압기로 전압을 간단하게 높이거나 내릴 수 있는 교류 방식을 제안했고, 현재까지도 발전과 송전에는 교류가 사용되고 있다.

im9181@kukinews.com