가스레인지 전자점화 장치에서 레버를 돌릴 때 '딱' 소리와 함께 불꽃이 튀는 것은 압전 소자에 물리적 압력을 가할 때 순간적으로 높은 전압이 발생하는 원리는 무엇인가요?

Question

가스레인지 전자점화 장치에서 레버를 돌릴 때 '딱' 소리와 함께 불꽃이 튀는 것은 압전 소자에 물리적 압력을 가할 때 순간적으로 높은 전압이 발생하는 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

가스레인지 레버를 돌릴 때 불꽃이 튀는 것은 압전 효과라는 물리 현상 덕분입니다. 레버를 끝까지 회전시키면 내부에서 스프링이 압축되다가 순간적으로 풀리는데, 이때 작은 금속 망치가 내부의 압전 세라믹 소자를 강하게 때리게 됩니다. 우리가 듣는 딱 소리가 바로 이 충격음입니다.

​이 충격을 받는 압전 소자는 평소에 양전하와 음전하가 균형을 이루며 안정된 결정 구조를 유지하고 있습니다. 하지만 망치에 의해 강한 물리적 압력을 받으면 이 결정 구조가 순간적으로 찌그러지게 됩니다. 구조가 변형되면서 내부 전하들의 정전기적 중심이 어긋나고, 결과적으로 소자의 한쪽 끝에는 양전하가, 반대쪽 끝에는 음전하가 한꺼번에 몰리는 분극 현상이 일어납니다. 이 찰나의 순간에 소자 양단에는 수천 볼트에 달하는 매우 높은 전압이 형성됩니다.

​압전 소자의 양 끝은 가스가 나오는 노즐 근처의 좁은 틈과 전선으로 연결되어 있습니다. 평상시 공기는 전기가 통하지 않는 절연 상태이지만, 수천 볼트의 고전압이 유도되면 공기의 절연성이 파괴되면서 전자가 빈 공간을 뚫고 세차게 이동합니다. 이 과정에서 눈에 보이는 스파크가 튀며 노즐에서 분출되는 가스에 불이 붙는 것입니다. 즉, 손으로 레버를 돌리는 운동 에너지가 순간적인 충격을 거쳐 고전압의 전기 에너지로 전환되는 원리입니다.