SCIENCE 3D | 가까이 대기만 해도 끌리는 까닭 (정전기 유도)

무슨 일이 일어났나

정전기 유도는 전기를 띤 물체를 가까이 대기만 해도 금속 속 자유 전자가 움직여, 가까운 쪽에 반대 전하, 먼 쪽에 같은 전하가 모이는 일입니다.

공 전체의 전하는 그대로 0 이지만 반대 전하가 더 가까이 있어 끌어당기는 힘이 미는 힘보다 크므로, 공이 끌려옵니다.

시뮬레이터에서 +0.1 µC 막대를 반지름 2 cm 공의 겉에서 2 cm 에 대면 가까운 쪽에 −50.0 nC 이 모이고 공은 −21.8 mN 으로 끌립니다 — 0.1 g 공의 무게 981 µN 보다 훨씬 커서 들어 올립니다.

공을 땅에 이으면 먼 쪽의 같은 전하가 땅으로 빠져나가 끄는 힘이 −49.9 mN 으로 커집니다.

MagLab 이 소개하는 패러데이 얼음통 실험도 같은 일을 보여 줍니다 — 음전하 공을 닿지 않게 통에 넣으면 통의 자유 전자가 바깥 면으로 밀려나고, 안쪽 면에는 양전하가 모입니다.

전기를 띤 물체에 끌려오는 물체는 자기도 미리 전기를 띠고 있어야 한다.
전기를 띠지 않은 금속도 가까이 대기만 하면 속의 자유 전자가 밀려 전하가 나뉩니다 — MagLab 의 얼음통 실험에서는 닿지 않게 넣은 음전하 공이 통의 자유 전자를 바깥 면으로 밀어냅니다. 출처

1764 년 빌케는 대전된 판 가까이 금속 원판을 두면 닿지 않아도 원판에 유도로 전하가 생기는 «전기쟁반» 을 만들어, 많은 양의 전하를 간단히 얻는 길을 열었습니다. 뒤에 패러데이는 얼음통 실험으로 금속 도체 위에 전하가 어떻게 나뉘어 모이는지 보였습니다.

패러데이 얼음통 실험 — 금속 속 전하 분포와 정전기 유도를 보여 준다: electrostatic induction 출처
음전하 공을 닿지 않게 넣으면 통의 자유 전자가 바깥 면으로 밀려난다: free electrons pushed to the outside surface 출처
통 안쪽 면에는 양전하가 모인다: positive charge on the inside surface 출처
전기쟁반(electrophorus) — 대전된 판 가까이 둔 금속 원판에 유도로 전하가 생긴다: charge by induction 출처
빌케가 전하를 많이 만드는 간단한 장치(전기쟁반)를 만든 해: 1764 출처
뇌운 가운데의 큰 음전하가 땅의 음전하를 밀어내 그 아래 땅이 양전하를 띤다: ground below the storm becomes positive 출처