정전기 설명: 물질 마찰로 전하 생성 원리

현대 물리학 이전, 과학자들은 특정 물질 문지르면 서로 끌림 관찰. 예: 실크로 유리 문지르면 양면 달라붙고, 물체 분리돼도 인력 지속.

유리·실크만 그런 거 아님. 라텍스 풍선 머리카락에 문질러 풍선 머리카락에 달라붙는 거 누구나 압니다. 초기 실험자들 파라핀 왁스 양모 문질러도 비슷한 인력 발견.

현상 더 흥미로워진 건 동일한 물질, 자기 천으로 문지르면 항상 서로 밀침 발견했을 때.

게다 실크 문지른 유리가 양모 문지른 왁스 끌림.

인력/척력 보인 모든 물질 두 범주로 분류: 유리에 끌리고 왁스에 밀리는 것, 유리에 밀리고 왁스에 끌리는 것. 둘 다 끌리거나 둘 다 밀리는 물질 없음.

관심 문지른 천으로 이동. 실크 천 두 개로 유리 두 조각 문지르면 유리·천 모두 서로 밀침. 양모·왁스도 같은 패턴.

놀라운 건 문지른 후 가시적 변화 없는데 상호작용 극적 변화. 근본 변화는 불가시.

초기 과학자들 문지르면 불가시 '유체' 이동해 거리 힘 발휘 추측. 샤를 뒤페(Charles Dufay) 문지르면 인력·척력 두 뚜렷 효과 생성 입증, 전하 개념 도출.

벤저민 프랭클린 단일 유체 교환 제안, 두 관측 전하가 이 유체 과잉/부족일 뿐. 왁스·양모 실험서 양모가 왁스서 유체 빼앗아 양모 과잉·왁스 부족, 유체 재균형 시도하며 인력 생성 설명.

프랭클린 가설로 모든 문지른 물질 두 대립 범주 귀속, 항상 서로 끌림 이유 설명. 왁스 전하 '음'(부족), 양모 '양'(과잉) 명명, 용어 오늘까지 지속.

1780s 프랑스 물리학자 샤를 쿨롱(Charles Coulomb) 토션 밸런스로 전하 정량화, 단위 '쿨롬' 확립. 1C 점전하 둘 1m 거리서 약 9×10⁹ N(≈2×10⁹ lb) 힘. 1쿨롬 ≈ 6.25×10¹⁸ 전자, 기본 전하 ≈ 1.60×10⁻¹⁹ C.

후대 연구 이 '유체'가 사실 전자—호박(amber) 그리스어서 명명, 문지르면 전하 나타나는 물질—임 밝혀짐.

원자 구성

모든 물체 원자 구성, 원자는 양성자·중성자·전자 구성. 대부분 원자 세 입자 다 가짐, 일부(프로튬 ¹H¹)는 양성자 1개 전자 1개만. 불가시지만 원자 빽빽한 핵 주변 희박 전자 그림 가능.

핵-전자 사이 넓은 빈 공간. 핵(단단히 결합 양성자·중성자) 원소 정체성 결정: 양성자 수 변화=원소 변화, 연금술사들 납→금 변환 꿈꾼 이유.

중성자 질량 영향·방사성 가능케 하나 화학 행동 영향 안 줌. 전자 비교적 적은 에너지로 쉽게 제거/추가 가능. 전자 떠나거나 들어가면 양(양성자)·음(전자) 전하 균형 깨져 원자 전체 전하 발생.

원자서 양성자·전자 거리 끌어당김, 동일 전하 척력. 강핵력 양성자·중성자 극단적 근거리서 핵 내 결합. 전자 음전하·양성자 양전하, 개수 같으면 중성 원자. 여분/결손 전자→순전하→타 전하 입자 상호작용.

두 물질 문지르면 전자 한쪽→다른쪽 이동, 정확히 프랭클린 '유체'.

정전기란?

정전기: 전자 물체 간 불균등 분포 때 발생. '정전기(static)' 용어: 치환된 전자 절연 표면서 주로 정지해 있음 반영. 실험서 전자 양모→왁스 이동(프랭클린 원래 가정 반대) 확인. 전하 명칭—과잉 전자=음, 결손=양—여전히 사용.

1832년 마이클 패러데이(Michael Faraday) 정전기 본질적으론 배터리/발전기 전기와 동일 입증. 흔히 골칫거리 취급되나 반도체 회로 손상·가연성 분진 점화 가능. 그래도 제록스, 정전기 공기 여과, 반데그라프 발전기 등 실용 용도 있음.

복습:

• 모든 물질 원자 구성.
• 원자 양성자·중성자·전자 포함(수소-1 동위원소 제외).
• 전자 음전하, 양성자 양전하, 중성자 중성.
• 전자 양성자/중성자보다 쉽게 제거/추가.
• 양성자 수가 원소 정체성 정의.

관련 워크시트:

• 정전기 워크시트
• 원자 구조 워크시트