전기 유체
1746년, 라이덴. 피터르 판 뮈스헨브룩은 병 속의 물을 전기 기계로 대전시키고, 한 손으로 병을, 다른 손으로 전선을 잡았다가 엄청난 충격을 받는다. 그는 이렇게 썼다. 프랑스 왕국을 통째로 준대도 두 번째는 사양하겠다고. 전기는 액체처럼 병에 모아 둘 수 있었던 것이다.
필라델피아의 프랭클린은 이를 하나의 유체로 설명했다. 유체는 모든 물체 안에 있다. 유체가 정상보다 많은 물체는 양으로, 적은 물체는 음으로 대전된다. 마찰은 유체를 만드는 것이 아니라 옮겨 부을 뿐이다. 물질로서의 유체는 전자의 발견과 함께 사라졌지만, 플러스와 마이너스 부호와 전하 보존은 영원히 남았다.
| 기호 | fluid · electric fire · 척도 Fr |
| 어떻게 어림했나 | 불꽃의 길이, 충격의 세기, 검전기 금박이 벌어진 정도로 |
| 무엇을 전제했나 | 무게 없는 하나의 유체 · 과잉은 플러스, 부족은 마이너스 · 보존된다 |
| 도입과 폐기 | 뒤페의 두 유체, 1733 · 프랭클린의 하나의 유체, 1747 · 톰슨의 전자, 1897 |
| 오늘의 표기 | 전하 Q, 단위는 쿨롱 · e = 1.602 176 634·10⁻¹⁹ C (정확한 값) |
| 대표 값 | 15 µC — 라이덴병 · 15 C — 번개 · 1 Fr = 2.08·10⁹개의 전자 |
01 · 정의
플러스는 과잉, 마이너스는 부족
유리 막대를 비단으로 문질러 보자. 프랭클린에 따르면 유체가 비단에서 유리로 흘러갔다. 유리는 과잉을 얻어 플러스, 비단은 부족해져 마이너스가 된다. 한 물체에서 늘어난 만큼 다른 물체에서 줄어든다. 합은 변하지 않는다.
부호는 프랭클린이 아무렇게나 골랐고, 하필 잘못 골랐다. 전선 속을 실제로 달리는 것은 전자이고, 전자는 마이너스를 띤다. 그래서 교과서의 전류는 플러스에서 마이너스로 흐르고, 전자는 그 반대로 움직인다. 그래도 유체의 가장 중요한 규칙은 옳다. 어떤 실험에서든 전하는 보존된다.
얼마나 옮겨 갔나
두 용기는 유리와 비단이고, 점선은 유체의 정상 수위다. 슬라이더는 비단으로 유리를 문지른 횟수다. 점선 위의 파란색은 과잉, 플러스. 점선 아래의 빨간색은 부족, 마이너스. 아래의 띠는 전하의 합으로, 언제나 영이다. 용기 아래에는 오늘날의 표기가 있다. 전자가 유리에서 비단으로 옮겨 갔다.
병을 채우고 불꽃을 기다리기
주된 조작은 ‘기계 돌리기’ 버튼이다. 왼쪽에서는 유리 구가 쿠션에 문질러지고, 푸른 유체 방울이 전선을 따라 병의 안쪽 도체로 흘러든다. 유체가 많을수록 전압은 높다. 오른쪽은 방전 간극으로, 놋쇠 구슬 두 개 사이의 간격은 슬라이더로 정한다. 전압이 공기의 절연 파괴 수준, 밀리미터당 약 3 kV에 이르면 노란 불꽃이 튀고 병은 빈다. 오른쪽 화면은 전압을 시간에 따라 기록한다. 시간은 실제 시간이다.
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02 · 환산
| {n} | {v} | {note} |
프랭클린은 같은 전하를 1 cm 거리에서 1 dyn의 힘으로 밀어내는 전하다. 3.335 64·10⁻¹⁰ C이고, 전자 약 이십억 개에 해당한다. 이 단위는 1941년에 프랭클린의 이름을 따서 붙여졌다.
암페어시는 전류 1 A일 때 한 시간 동안 흐르는 전하로, 3600 C이다. 4000 mA·h짜리 휴대폰 배터리는 14 400 C를 저장한다. 전하로는 번개 천 번에 가깝지만, 전압은 겨우 4 V다.
03 · 크기의 차수
04 · 측정 기기
05 · 표기 규칙
06 · 이웃 단위
07 · 역사 부문
유체는 손에 잡히는 것으로 쟀다. 불꽃의 길이, 충격의 세기, 전지에 든 병의 수. 1785년에 쿨롱이 처음으로 힘의 법칙을 내놓았고, 전하는 단위를 가진 양이 되었다. CGS의 단위는 프랭클린, SI의 단위는 쿨롱이며, 암페어와 초로 정해진다.
2019년부터는 모든 것이 ‘유체 한 방울’로 모였다. 기본 전하 e는 1.602 176 634·10⁻¹⁹ C로 정확히 고정되었다. 쿨롱은 대략 6 241 509 074 460 762 607.776개의 기본 전하이고, 그 뒤의 자릿수는 얼마든지 셀 수 있다. 유체는 알갱이였던 것이다.
산 한 방울이 즙의 색을 바꾸고, 소금은 불꽃에 색을 입히고, 물은 한 번 두드리면 언다. 그 아래에 Simetrium의 모든 페이지가 분야별, 가나다순으로 있다.
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