겨울철 플라스틱 빗으로 머리를 빗을 때 머리카락이 빗에 달라붙는 현상을 두 물질이 마찰할 때 전자를 얻고 잃는 경향을 나타내는 대전열과 정전기적 인력 관점에서 설명해 주세요.

Question

겨울철 플라스틱 빗으로 머리를 빗을 때 머리카락이 빗에 달라붙는 현상을 두 물질이 마찰할 때 전자를 얻고 잃는 경향을 나타내는 대전열과 정전기적 인력 관점에서 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

겨울철 플라스틱 빗으로 머리를 빗을 때 머리카락이 빗에 달라붙는 현상은 정전기의 대표적인 사례로, 대전열에 따른 전자의 이동과 이로 인해 발생하는 정전기적 인력으로 명쾌하게 설명할 수 있습니다.

​모든 물체는 평소에 양전하의 양과 음전하의 양이 같아서 전기적으로 중성을 띱니다. 하지만 서로 다른 두 물질을 마찰시키면 한쪽 물질에서 다른 쪽 물질로 전자가 이동하게 되는데, 물질마다 전자를 쉽게 얻거나 잃는 경향성을 순서대로 나열한 것을 대전열이라고 합니다. 대전열에서 사람의 머리카락은 전자를 상대적으로 쉽게 잃고 양전하로 대전되려는 성질이 강한 편에 속하며, 플라스틱 원료인 플라스틱 빗은 반대로 전자를 쉽게 얻어 음전하로 대전되려는 성질이 매우 강합니다.

​따라서 플라스틱 빗으로 머리를 빗으며 두 물질을 마찰시키면, 대전열에 의해 머리카락 표면에 있던 전자들이 플라스틱 빗으로 대량 이동하게 됩니다. 전자를 잃어버린 머리카락은 순식간에 양전하를 띠게 되고, 반대로 전자를 얻은 플라스틱 빗은 음전하를 띠게 됩니다. 이렇게 전하의 균형이 깨진 두 물체 사이에는 서로 다른 전하끼리 끌어당기는 정전기적 인력이 강하게 작용하게 됩니다. 그 결과 양전하의 머리카락과 음전하의 플라스틱 빗이 서로 당기면서 머리카락이 빗에 자석처럼 달라붙게 되며, 머리카락끼리는 같은 양전하를 띠어 서로 밀어내기 때문에 사방으로 부스스하게 뜨는 현상도 함께 일어납니다. 특히 겨울철에는 대기 중의 수분이 적어 전하가 공기 중으로 방출되지 못하고 물체에 그대로 머물기 때문에 이러한 정전기적 인력이 더욱 강하게 체감됩니다.

Answer 2

안녕하세요.

겨울철에 플라스틱 빗으로 머리를 빗을 때 머리카락이 빗에 달라붙는 현상은 정전기와 대전열로 설명 가능합니다.

대전열은 물질들이 서로 접촉하거나 마찰할 때 전자를 잃기 쉬운 정도와 얻기 쉬운 정도를 순서대로 나타낸 것인데요, 일반적으로 머리카락은 전자를 비교적 잃기 쉬운 물질이고, 플라스틱 빗은 전자를 얻기 쉬운 물질에 속합니다. 따라서 플라스틱 빗으로 머리를 반복해서 빗으면 마찰 과정에서 일부 전자가 머리카락에서 플라스틱 빗으로 이동합니다. 결과적으로 머리카락은 전자를 잃어 양전하를 띠게 되고, 플라스틱 빗은 전자를 얻어 음전하를 띠게 됩니다.

이때 전기적으로 서로 반대 부호의 전하는 강하게 끌어당기는 성질인 정전기적 인력을 가지는데요, 양전하를 띤 머리카락과 음전하를 띤 빗 사이에 인력이 발생하여 머리카락이 빗 쪽으로 끌려가 달라붙는 것입니다. 특히 겨울철에는 공기가 건조하여 습도가 낮은 상황인데 물은 전하를 분산시키는 역할을 하는데, 건조한 환경에서는 전하가 쉽게 사라지지 못하고 물체 표면에 오래 축적됩니다. 따라서 정전기가 더욱 강하게 발생하여 머리카락이 빗에 달라붙거나 서로 붕 뜨는 현상이 잘 나타나는 것입니다. 감사합니다.