전기는 처음에 이것부터 배웁니다: 원자의 구조

전기를 처음 배우면 이것부터 배웁니다. 바로 원자의 구조. 왜냐하면 원자의 주변에 전자들이 배회하고 있기 때문이에요. 여기서는 원자의 구조에 대해서 간단하게 알아보겠습니다.

 

원자핵 주위를 배회하고 있는 전자

원자핵 주위를 배회하는 전자들은 마이너스 성질을 띠고 있는데요. 이 마이너스 전자의 이동 때문에 전기가 흐른다는 현상이 생기는 거예요. 그러면 원자는 뭘까요? 원자는 원자핵과 전자를 합쳐서 원자라고 합니다. 다음 그림을 보세요.

원자의구조

그림의 중앙에 있는 것이 원자핵인데, 양자와 중성자가 붙어있는 형태로 있고 주변으로 전자들이 배회하고 있죠. 양자는 플러스성질의 전자이고 중성자는 전기적으로 중성인 입자입니다. 그림에서는 원자핵 주변의 전자들이 일정한 궤도를 이루고 있지만 사실 전자는 어디에 있는지 특정할 수가 없어요. 보려고 하면 파동이라 안 보이고 안 보면 입자의 형태로 존재하는 신기한 넘입니다. 원자는 양자와 전자의 수가 같아 전기적으로 중립을 이루고 있습니다.

 

원자핵의 무게

원자 대부분의 질량은 원자핵이 차지합니다. 원자핵은 전자무게의 1840배에요. 무게를 느낌이 팍 오게 예를 들면 전자가 500mL 생수라면 원자핵은 코끼리입니다. 더 재밌는 건 크기와 거리입니다. 원자핵은 원자의 십만 분의 1 크기로 이걸 우리가 느낌이 팍 오게 비유하자면, 지금 볼펜으로 점 하나를 찍어 보세요. 이게 원자핵이면 원자는 그 점을 중심으로 반지름이 50미터인 원을 그리면 됩니다. 이렇게 엄청나게 작은 원자핵이 원자무게의 대부분이라는 것이 상상이 잘 안 됩니다. 

입자의 무게

전기하고 무슨 상관이죠?

전자는 양자와 끌어당기는 힘을 받으면서 원자를 구성하는데요. 일부 원자들은 전자가 빠져나가거나 들어오기 쉬운 성질을 가지고 있습니다. 이런 원자들은 자유전자라고 불리며, 금속에 많이 존재합니다. 자유전자는 양자와 결합하지 않고 원자 사이를 자유롭게 이동할 수 있습니다. 이때, 자유전자에 전압이라는 힘을 가하면 한 방향으로 움직이게 되는데요. 이렇게 자유전자가 한 방향으로 이동하는 것을 전류라고 합니다. 즉, 전기가 흐른다는 것은 자유전자가 한 방향으로 이동한다는 것입니다.

 

도체

이러한 자유전자가 많은 금속을 '도체'라고 해요. 여러분들 반도체 들어보셨죠? 반도체의 도체가 여기서 말하는 도체입니다. 흔히 전기가 잘 통하는 물체를 도체라고 하고 안 통하는 물체를 부도체, 통했다 안 통했다 하는 물체를 반도체라 합니다.

도체 중에 대표적인 것으로 금, 은, 동 이 있습니다. 전기가 잘 통하는 순으로 올릭픽 메달을 정했나 봅니다.ㅎㅎ 

금, 은 이 비싸기 때문에 동을 주로 썼지만 이제 동도 비싸서 알루미늄으로 바뀌고 있어요.

 

전기에서 사용하는 단위들: MKS 단위

전기에서 사용하는 단위들: MKS 단위