정전기를 잡아라!

실험날짜          년         월       일

학년                반          번          이름

학습목표

정전기 방지제를 만들어보고, 정전기의 원리와 방전, 정전기 방지법에 대하여 알아봅시다.

미리 생각해 보기

건조한 날에 사물이나 사람에게 손을 가까이 댈 때, 찌릿하는 느낌이 날 때가 있습니다. 이런 현상은 무엇이고,

이 현상의 예로는 또 어떤 것이 있을까요?

준비물

구연산, 정제수, 무수에탄올, 레몬향, 레몬그라스 에센셜 오일, 솔루비라이져, 종이컵, 나무스틱,

스프레이 용기, 라벨용지, 풍선

직접준비하세요: 종이(또는 색종이), 가위, 필기도구

실험과정 & 방법

1. 종이컵에 정제수 10ml와 구연산을 넣고 나무스틱으로 저어 구연산을 녹입니다.

2. 용액에 레몬향 5방울, 레몬그라스 에센셜 오일 2방울, 솔루비라이져 1~2방울을 넣고 섞어줍니다.

레몬향은 기호에 따라 조절해주세요. 너무 많이 넣을 경우 향이 너무 강할 수 있습니다.

오일층이 완전히 섞이지 않을 경우 솔루비라이져를 1방울씩 더 넣고 섞어주세요.

3. 무수에탄올 20ml을 넣고 잘 섞어준 후 스프레이용기에 담고 라벨용지를 꾸며 붙입니다.

4. 풍선을 적당한 크기로 불어 입구를 묶고, 종이를 작게 잘라 준비합니다.

5. 옷에 풍선을 문질러 마찰시킨 후 풍선을 종이조각에 가까이 대어봅니다.

털가죽이나 털옷이 가장 좋습니다.

6. ⑤번과 같은 곳에 정전기 방지제를 뿌리고 말려줍니다.

너무 많이 뿌릴 경우 끈적이는 느낌이 날 수 있습니다.

7. 다른 풍선을 불어 정전기 방지제를 뿌린 곳에 문지른 후 종이조각에 대어 관찰합니다.

주의하세요

1. 정전기 방지제는 머리카락에 사용하여도 됩니다. 단, 너무 많이 뿌릴 경우 머리카락이 끈적이는 느낌이 날 수 있습니다.

2. 풍선을 이용한 정전기 실험은 2인 1조로 실험해주세요. 정전기를 일으킨 풍선을 다시 사용할 경우 잔류 전기로

인해 실험이 잘 되지 않을 수도 있습니다.

3. 가위를 사용할 때 다치지 않도록 주의해주세요.

4. 용액을 먹지 않도록 주의하세요. 눈이나 입에 들어갔을 경우 물로 씻어내세요.

실험 결과

1. 옷에 정전기 방지제를 뿌리지 않은 상태에서 풍선을 문지르고 종이조각에 가까이 대었을 때,

종이조각은 어떻게 되나요?

2. 정전기 방지제를 뿌린 옷에 문지른 풍선을 종이조각에 가까이 대었을 때, 종이조각은 어떻게 되나요?

3. 정전기를 예방하는 방법으로는 어떤 것들이 있을까요?

느낀점

실험 POINT

1. 정전기

2. 도체와 부도체

3. 정전기 유도와 전기 방전

교사용

실험제목: 정전기를 잡아라!		실험원리: 정전기와 방지법에 대한 이해
실험소요시간: 40분	실험분야:물리,생활과학	실험결과물: 정전기 방지제
교사용 준비물: 옷 등의 섬유(털가죽, 털옷 또는 합성섬유 등)		실험 구성: 10인용 개별실험

미리 생각해 보기

건조한 날에 사물이나 사람에게 손을 가까이 댈 때, 찌릿하는 느낌이 날 때가 있습니다.

이런 현상은 무엇이고, 이 현상의 예로는 또 어떤 것이 있을까요?

이 현상은 정전기가 방전이 되는 현상입니다. 정전기는 정체된 전기, 즉 흐르지 않고 머무르지

않는 전기입니다. 주로 건조한 겨울에 많이 발생합니다. 털옷을 입거나 벗을 때 머리카락이 옷

에 달라붙는 현상이나 사람과의 접촉 시 전기가 오르는 현상, 머리를 빗을 때 타닥거리는 소리,

자동차 손잡이를 잡을 때 나타나는 찌릿한 느낌은 모두 정전기와 관련이 된 것입니다. 정전기는

전기가 흐를 수 있는 도체가 아닌 전기가 흐르지 않는 부도체에서 주로 발생합니다. 물체나 다

른 사람과 접촉할 때 찌릿하게 전기가 오르는 느낌이 생기는 것은 물체나 신체에 쌓인 정전기가

다른 물체에 접촉하여 순간적으로 전기가 이동하기 때문인데, 이것이 바로 정전기의 방전입니다.

실험 결과

1. 옷에 정전기 방지제를 뿌리지 않은 상태에서 풍선을 문지르고 종이조각에 가까이 대었을 때, 종이조각은 어떻게 되나요?

종이조각은 풍선에 달라붙게 됩니다. 고무풍선은 섬유와 마찰되었을 때, 섬유의 전자를 뺏어와

-전하를 띠게 됩니다. 반대로 섬유는 +전하를 띱니다. -전기를 띠는 풍선이 종이조각에 가까이

가게 되면, 종이 안에 있던 전자가 풍선의 반대방향으로 쏠리게 됩니다. 단, 종이가 부도체이

기 때문에 전자가 이동하는 것은 아니고 제자리에서 나침반이 돌아가는 것처럼 풍선의 반대방

향을 바라본다고 볼 수 있습니다.(참고 자료의 그림 참조) 따라서 종이조각의 풍선 쪽 방향은

+전기를 띠게 되고, 서로 다른 극의 전기는 서로를 끌어당기는 성질이 있기 때문에 종이조각은

풍선에 붙게 되는 것입니다.

2. 정전기 방지제를 뿌린 옷에 문지른 풍선을 종이조각에 가까이 대었을 때, 종이조각은 어떻게 되나요?

정전기 방지제를 뿌린 섬유에서는 정전기의 발생이 줄어들게 됩니다. 따라서 풍선은 -전하를

띠지 않거나, 약한 -전하를 띠게 되기 때문에 정전기 방지제를 뿌리지 않았던 섬유에 마찰시

킨 풍선보다 적은 종이조각을 끌어당깁니다. 따라서 정전기 방지제를 뿌린 옷에 문지른 풍선

에는 뿌리지 않은 옷에 문지른 풍선보다 더 적은 양의 종이조각이 붙습니다.

3. 정전기를 예방하는 방법으로는 어떤 것들이 있을까요?

정전기는 습도가 낮을 때, 즉 건조할 때 잘 생기므로 습도를 적정선으로 유지시켜주는 것이 좋

습니다. 실내가 건조할 경우 가습기를 이용하여 습도를 높여주면 정전기 예방에 효과적입니다.

옷과 같은 섬유는 빨래를 할 때에 섬유유연제를 사용하거나 정전기 방지 스프레이를 뿌려주는

방법이 있습니다. 머리카락의 정전기 예방은 머리를 감을 때에 린스나 트리트먼트를 사용하고,

머리를 빗을 때에는 플라스틱 빗보다는 나무빗이나 고무빗을 사용하는 것이 좋습니다. 차 손잡

이의 정전기는 차 문을 만지기 전에 열쇠 등으로 먼저 차를 톡톡 쳐주어 방전시킨 후에 만지는

것도 좋은 방법입니다. 마찬가지로 정전기가 일어나기 쉬운 물체를 만질 때에는 손톱을 먼저 3

초정도 대고 있으면 손톱으로 전류가 흘러 느끼지 못하기 때문에 살이 닿지 않도록 조심스레 손

톱을 대어 전류를 흘려보냅니다. 손에 정전기가 잘 생긴다면 손이 건조하기 때문일 수 있으므로

손을 자주 씻고 핸드크림을 발라 손이 건조하지 않도록 유지시켜주는 것이 좋습니다.

참고자료

정전기

정전기는 물체(주로 유전체, 부도체)에 전하가 축적되어있는(대전된) 상태지만, 축적되어있는

전하 자체를 지칭하는 경우도 있습니다. 전하는 항상 전기장에 의한 효과와 자기장에 의한 효과

를 가지지만, 정전기는 전기장에 의한 효과가 클 경우입니다. 이미 오래 전에 발견되어, 기원전

600년경에는 탈레스에 의한 마찰전기에 대한 기술이 존재하고 있습니다. 반대어로 동전기가 있

지만, 보통의 전기가 곧 동전기이므로 별로 사용되지는 않습니다. 흔히 마찰에 의해 대전된 전

하를 정전기라고 부르는데, 본래는 마찰전기도 여러 정전기 현상 중 하나입니다. 예를 들어 압

전효과도 정전기에 포함되며, 번개도 구름에 축적되어있던 정전기에 의해 발생하는 방전현상입

니다. 일상생활에서 정전기에 의한 방전을 접할 때 정전기가 발생했다고 하는데, 이것은 정전기

에 의해 불꽃 방전이 일어났다고 하는 것이 보다 정확합니다. 정전기는 방전이 일어나기 전에

마찰 등으로 생긴 물체에 축적되어있던 전하를 말하기 때문입니다.

정전기의 원리

정전기가 발생하는 원리를 정리하면 다음과 같습니다.

1. 접촉대전 : 2가지 물질이 접촉하였을 때

2. 마찰대전 : 물질과 물질이 마찰되었을 때

3. 박리대전 : 접촉한 물질을 떨어트렸을 때

4. 충돌대전 : 물질과 물질이 부딪쳤을 때

고체뿐만 아니라 액체, 기체도 좁은 곳을 빠르게 통과할 때 정전기가 발생할 수 있습니다.

모든 물질은 원자로 이루어져있으며, 원자는 -극인 전자와 +극인 양성자로 구성되어 있습니

다. 보통은 전자와 양성자 수가 동일하기 때문에 전기적으로 중성인 안정 상태입니다. 물질

간의 접촉으로 인해 각각의 원자에 있는 전자가 이동을 시작하는데, 2개의 물질이 접촉하면

한편의 물질로 전자가 들어가게 되어 -극으로 대전되고, 다른 물질은 전자를 잃어 +극으로

대전됩니다. 이것이 정전기의 발생입니다. 물체가 대전될 때의 극성은 환경에 의해 좌우되기

때문에 절대적인 정의는 내릴 수 없습니다. 전자를 잘 잃어버리는 물체라고 해서 무조건 +극

으로 대전되지 않습니다. 그 물체보다 더 전자를 잘 잃어버리는 물체를 만날 경우에는 -로

대전이 될 수도 있습니다. 물질이 - , + 중 어느 극의 정전기를 발생시키는지에 대해서는 다

음과 같습니다. 이를 대전열이라 합니다.

+극 <- 털가죽 상아 유리 명주 나무 고무 플라스틱 유황 에보나이트 -> -극

도체와 부도체

도체 - 다른원자로 자유전자가 쉽게 이동 가능한 물질입니다. 전기가 잘 통합니다.

ex)금속류(금, 구리, 철, 은, 알루미늄)

부도체 - 원자핵에 의해 전자가 쉽게 원자밖으로 나오지 못하는 물질입니다. 도체에 비해 자

유전자의 수가 많이 부족해서 전기가 잘 통하지 않습니다.

ex)종이, 나무, 플라스틱, 유리, 고무, 스티로폼, 순수한 물, 기체 등

정전기 유도

마찰이나 접촉 없이 물체 근처에 전하를 띤 물체를 가져오는 것만으로 전하를

갖도록 할 수 있습니다. 전하를 띠게 하고 싶은 물체가 도체인가, 부도체인가에

따라 전하를 띠는 모습이 다릅니다. 그림과 같이 -전하로 대전된 유리막대를

금속 막대 근처로 가져오면, 금속 막대 속을 자유롭게 다니는 자유전자들이

-전하를 띠므로 전기력을 받아 +전하 쪽으로 이동합니다. 그러면

+전하로 대전된 유리 막대 근처에는 -전하가, 그 반대편에는 +전하가 유도됩니다. 이와 같

이 도체에서 대전체로부터 가까운 쪽에는 대전체와 다른 종류의 전하를 띠고, 먼 쪽에는 대

전체와 같은 종류의 전하를 띠는 현상을 정전기 유도라고 합니다.

부도체인 종잇조각의 경우 그림과 같이 전자가 이동하는 것이 아니라 원자 내에서 전자가 한

방향으로 쏠리면서 겉으로 보기에는 한 쪽에는 -전하가, 다른 쪽에는 +전하가 유도된 것처

럼 보입니다. 따라서 대전된 풍선을 종잇조각에 가까이 가져가 대면 종잇조각 내에서 정전기

유도가 되어 풍선과의 인력이 작용해 종잇조각이 풍선에 달라붙게 되는 것입니다.

방전 현상

어떤 물체에 쌓인 정전기가 어느 순간 한꺼번에 다른 곳으로 빠져나가는 현상을 방전이라고 합

니다. 옷이나 신발에서 생긴 마찰 전기가 우리 몸 전체에 흩어져 쌓이게 되고, 전기가 잘 통하

는 금속 손잡이를 잡는 순간에 우리 몸에 쌓여 있던 -전하가 한 순간에 이동하는 방전이 일어

납니다. 건조한 날에 금속이 아닌 물체를 잡을 때 ‘딱’하는 소리와 함께 전기적 충격을 느꼈

다면, 그 물체에 쌓여있던 정전기가 접촉하는 순간에 손으로 방전하기 때문에 생기기 때문입니

다. 전기가 통하지 않는 면장갑을 끼고 있다면 전기 방전이 일어나지 않습니다. 번개 또한 구

름과 구름 사이, 또는 구름과 지면 사이의 전기 방전 현상입니다.

생활 속의 정전기

습도가 낮은 건조한 겨울철에 털이 많은 스웨터를 벗다가 따끔한 정전기를 느낀 경험이 있을

것입니다. 주유소에서 기름을 넣던 자동차에 불이 붙는 일이나 금속으로 된 문고리를 잡다가

전기가 통한 일 등도 모두 정전기 때문에 일어나는 것입니다. 이처럼 습도가 매우 낮은 날에

스웨터를 벗을 때나 털 카펫 위를 걸을 때 수만 볼트 의 정전기가 생길 수 있습니다. 그러나

정전기는 전압만 높을 뿐 전류는 아주 짧은 순간에만 흐르기 때문에 정전기로 인해 큰 부상

을 입는 경우는 극히 드뭅니다. 약한 정전기로도 정밀한 기계 등에는 피해가 생길 수 있고,

정전기를 이용한 대표적인 예로는 복사기가 있습니다. 정전기로 잉크 가루가 잘 붙게 하는

원리입니다.

정전기 방지제의 성분

구연산 - 시트르산이라고도 불리며, 화학식은 C6H8O7입니다. 신 맛을 내며 식품 첨가물로

많이 사용합니다. 인체에 해가 되는 잡균의 번식을 막는 정균 효과가 있고 흰 옷

의 변색을 방지합니다. 또한 섬유를 부드럽게 하고 정전기 방지 효과가 있어 천연

섬유유연제에 많이 사용됩니다.

레몬그라스 에센셜 오일 - 레몬과 비슷한 향이지만 레몬에서 추출하는 것이 아니라 레몬그

라스라는 식물의 잎과 줄기에서 추출합니다. 항균 작용이 있고 세척성이 큰 방부

제로도 알려져 있습니다. 냄새를 제거하는 역할도 합니다.

솔루비라이져 - 오일과 물을 섞어주는 가용화제입니다.