겨울철에 문을 여닫을 때 문고리나 스웨터에서 정전기가 발생하는 원리와 마찰 전기 탓에 생기는 전자의 이동 및 방전 현상에 대해 설명해 주세요.

Question

겨울철에 문을 여닫을 때 문고리나 스웨터에서 정전기가 발생하는 원리와 마찰 전기 탓에 생기는 전자의 이동 및 방전 현상에 대해 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

공기 중의 수분은 방전체 역할을 하여 습도가 높은 계절에는 전하가 축적되지 않고 자연히 빠져나가지만, 건조한 겨울철에는 수증기가 적어 전하가 공기 중으로 분산되지 못하고 피부나 옷 표면에 계속 누적됩니다. 물체를 구성하는 원자는 (+)전하를 띠는 원자핵과 (-)전하를 띤 전자로 이루어져 있는데, 서로 다른 재질이 마찰하면, 전자를 끌어당기는 힘에 의해 전자의 이동이 일어납니다.

스웨터를 벗거나 입을 때 마찰이 일어나면, 피부나 안감에서 스웨터 쪽으로 전자가 이동하면서 스웨터는 (-)전하를 띠고, 인체는 (+)전하를 띠게 되어 마찰 전기가 생겨나 따금 거리는 현상이 발생합니다.

전하가 대량으로 축적된 상태에서 전기가 잘 통하는 금속 문고리를 만지면 방전 현상이 일어나는데, 겨을철에 손으로 문고리를 만지면 극심한 전위 차이로 인해 쌓여 있던 전자가 손끝에서 문고리로 한순간에 폭발적으로 이동합니다.

이때 손끝에 수천 볼트에 달하는 순간 전압이 형성되며, 공기가 이온화되어 불꽃과 소리, 그리고 신경을 자극하는 찌릿한 통증이 발생합니다. 전류의 양 자체는 미량이라 인체에 해롭지 않습니다.