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플라즈마

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201810.22

내 손으로 만드는 반짝반짝 미니 번개

이하나   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/plasma/854

 형광등을 켰다 끈 듯 번쩍이는 번개.


 우르릉 쾅쾅 천둥소리가 곧 울릴 것을 미리 알려주는 비상등처럼 느껴지기도 하죠. 신이 노해서 일어나는 현상이라고 생각해 번개와 천둥을 두려워했던 옛날 사람들과 달리 자연의 현상이라는 사실을 잘 알고 있는 현대에도 번쩍이는 빛과 굉음이 놀랍기는 마찬가지인데요.
 

 천둥의 신 토르처럼 하늘의 번개를 자유자재로 다룰 수는 없지만, 우리도 마치 작은 세상의 신이 된 듯 검정 도화지를 밤하늘 삼아 귀여운 번개를 만들어 보면 어떨까요?

 

 

 


미니 번개 만들기

 

 


※ 압전소자 사용 시 압전소자의 금속 및 피복이 벗겨져 있는 전선, 호일에 손이 닿지 않도록 주의 하세요!

약하지만 전기가 흘러 ‘따끔’ 할 수 있습니다. 주의 또 주의!

 

 


만약 내가 그린 그림에서 번개가 잘 만들어지지 않는다면?

 

 

 


미니 번개는 어떻게 만들어질까?

 

 미니 번개를 만들 때 가장 중요한 재료는 ‘압전소자’입니다. 생김새는 조금 낯설지만, 라이터, 발광 신발 등 의외로 다양한 곳에 활용되고 있는데요. ‘압전소자’는 간단히 말해 압력을 이용하여 일시적으로 전기를 만들어내는 장치입니다.

물질은 +극을 띄는 양전하 입자와 –극을 띄는 음전하 입자가 규칙적으로 배열되어 전기적으로 중성을 띄고 있습니다. 하지만 압전소자는 손으로 버튼을 눌러 압력을 가해주면 양전하와 음전하가 분리되어 전하밀도의 변화로 전기가 흐르는 압전효과가 일어나게 되는 것이죠.

 

 따라서 압전소자의 머리 부분과 꼬리 부분을 전기가 통하는 호일 그림 위에 각각 올려놓은 뒤 압전소자 버튼을 누르면 일시적으로 만들어지는 전기로 인해 호일이 각각 +극, -극으로 나누어져 방전 현상이 일어납니다. 이 방전 현상에 따라 번개가 발생하게 되는 것이랍니다.

 


번쩍이는 번개, 사실은 플라즈마?

 

 이렇게 우리가 직접 만든 귀여운 미니 번개부터 번쩍번쩍 강렬한 빛을 뽐내는 번개까지 사실은 ‘플라즈마’ 현상의 일종이라는 것은 알고 계신가요?

 

 플라즈마는 우리가 흔히 알고 있는 고체-액체-기체, 물질의 3가지 상태에서 하나를 더한 물질의 4번째 상태랍니다. 점점 열(에너지)을 가해주면 고체에서 액체로, 액체에서 기체로 물질의 상태가 변하는 것처럼 기체에서 많은 에너지를 가해주면 원자에서 전자가 분리되어 원자핵과 전자가 서로 자유롭게 떠다니는 상태가 되는데요. 우리는 이 상태를 ‘플라즈마’라는 이름으로 부르는 것이죠.

 

 번개가 발생하는 이유는 구름과 구름 사이, 또는 구름과 지표면 사이에서 높은 전압차가 발생할 때 순간적으로 일어나는 방전 현상을 말합니다. 이 방전 현상으로 인해 주변의 기체가 ‘플라즈마’ 상태가 되는데 이때 우리의 눈에 보이는 번쩍이는 불빛이 바로 번개랍니다.

 

 알고 보면 번개는 지구상에서 1년에 약 10억 번 이상이 발생한다고 하는데요. 우리가 지상에서 볼 수 있는 번개는 전체 번개 현상의 매우 일부분인 것이죠. 지금 이 순간에도 저 멀리 하늘에서는 번개가 발생하고 있답니다!

 

 

 

 번개가 때때로 두려움을 느끼게 하는 플라즈마 현상이라면 매우 아름다운 플라즈마 현상도 있답니다. 바로 ‘오로라’입니다. 주로 극지방에서 발견되는 현상으로 아무 곳에서나 볼 수 없다는 희귀성 때문에 사람들이 살면서 한 번쯤 꼭 마주하고 싶은 현상으로 손꼽기도 하는데요. 오로라는 태양에서 불어오는 태양풍 입자들과 지구의 자기권이 만들어내는 플라즈마 빛 물결이라고 할 수 있습니다.

 


우리 생활 속의 플라즈마

 

 우리가 주변에서 흔히 보는 물건들에도 플라즈마는 숨어 있습니다. 네온사인이나 형광등이 바로 그 예시이죠. 또한, 플라즈마의 특성을 이용한 다양한 플라즈마 응용기술들도 최첨단 산업에서 없어서는 안 될 산업계의 해결사입니다. 디스플레이, 반도체 제조뿐 아니라 환경, 미용, 의료, 농식품 등 우리 주변의 다양한 분야에서 플라즈마 응용기술을 이미 활용하고 있거나 더욱 활발하게 활용하기 위해 연구를 진행하고 있습니다.

 

 아주 오래전 두려움의 대상이었던 번개 즉 ‘플라즈마’를 이제는 우리 손으로 직접 만들고 이용하여 우리의 삶을 더욱 편리하고 풍요롭게 만들어 주는 도구로 이용하고 있다니 새삼 과학기술의 중요성이 느껴지는데요.

 

 여러분도 실험을 통해 미니 번개를 만들어 보고 우리 생활 속 어디에 ‘플라즈마’가 숨어있는지 한 번 찾아보세요~! 

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