중2 과학-전기와 자기-정전기유도, 도체와 부도체

지난 글에서는
정전기와 마찰전기에 대하여
이야기 하였습니다

2023.02.26 - [과학/중학교 과학2] - 중2 과학-전기와 자기-정전기, 대전, 전기력, 마찰전기, 대전열

중2 과학-전기와 자기-정전기, 대전, 전기력, 마찰전기, 대전열

정전기 유도

이번 글에서는 정전기 유도와
정전기 유도원리가 적용된 검전기에 대해
이야기해보려고 합니다

글의 순서는
1. 도체와 부도체, 정전기유도와 유전분극
2. 정전기 유도를 이용한 간단한 실험

유전분극은 별개로 다뤄야 하는 주제라
간단하게만 다룰 예정입니다

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1. 도체와 부도체, 정전기유도와 유전분극

1) 도체와 부도체
도체와 부도체는 예전에는 반도체보다
유명한 말이었습니다
지금은 반도체가 더 유명합니다^^

도체는 전기가 잘 통하는 물질
부도체는 전기가 잘 안 통하는 물질
입니다
(반도체는 적당히 통하는 물질입니다)

도체는 내부의 전자들이
밖으로 돌아다니기 쉬운 물질입니다
(중학교에 맞는 쉬운 표현입니다)
도체는 전자들이 잘 돌아다닐 수 있어서
전기가 잘 흐를 수 있습니다
(전류에서 다시 설명하겠습니다)

도체 내부의 자유전자

부도체는 전자들이 원자핵에
강하게 잡혀서 밖으로 못 나오는 물질입니다
부도체는 움직일 수 있는 전자가 없어서
전기가 잘 흐를 수 없습니다

부도체 속의 전자는 원자핵에 속박되어있다

여기에서 가장 중요한 포인트는
'도체는 전자들이 마음대로 움직일 수 있다'
입니다

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2) 정전기유도와 유전분극
정전기 글에서 이야기한 내용 중
전기력의 내용이 있습니다

전기력의 인력과 척력

같은 성질(++,--)끼리는 서로 미는 척력이
다른 성질(+-)끼리는 서로 당기는 인력이
작용한다는 이야기였습니다

 

만약
도체와 부도체에 +나-로 대전된 물질을
가져가면 어떤 현상이 일어날까요?

도체에서는 정전기유도가 일어납니다
정전기유도는 정전기(정지한 전기)가
일시적으로 생기는 현상입니다

대전된 물체가 다가오면 도체 내부의
전자들이 대전체에게 힘을 받아 움직입니다

 

만약 -로 대전된 물체가

도체 근처에 오면

자유롭게 움직이는 전자들이

대전체에 밀려나서(척력)

대전체에 가까운 쪽은 +

대전체에 먼 쪽은 -로

됩니다

정전기 유도의 원리

만약 +로 대전된 물체가 오면

전자들이 물체 쪽으로 옵니다(인력)
대전체  쪽은 -성질을 띄고
반대쪽은 전자가 가버려서 +가 됩니다
(+가 되는 이유는 원자핵의 +때문입니다)

정전기 유도의 원리2

위의 두 예시처럼
일시적으로 정전기가 생기는 것을

'정전기 유도'현상이라고 합니다

 

정전기(멈춰있는 전기)가

순간적으로 유도된 것입니다

 

부도체(유전체)에서는

전자들이 자유롭게 움직이지 못해

정전기 유도 현상이 일어나지 않습니다

 

하지만 전자들이

궤도의 범주 내에서도 

약간은 영향을 받아

미묘하게 전기적 성질을 보입니다

이를 유전분극이라고 합니다

나중에 다른 글에서 자세히 다루겠습니다

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2. 정전기 유도를 이용한 간단한 실험

 

정전기 유도를 이용하는

간단한 실험을 소개하겠습니다

 

음료수 캔 움직이기 실험입니다

보통 음료수 캔은 금속입니다

그렇기 때문에 도체이고

정전기 유도가 일어날 수 있습니다

알류미늄 캔은 대전체에 끌려간다

위 그림처럼 대전체를 캔에 가져가면

전자가 대전체에 의해 움직이고

정전기 유도가 일어납니다

 

대전체와 가까운 쪽은

대전체와 반대 전하를 띄게 되고

대전체에게 인력을 받게 되어

끌려갑니다

 

집에서 플라스틱 막대를

머리에 비벼서

마찰전기를 만들고

 

그 플라스틱 막대(대전체)를

빈 캔에 가져가면

끌려오는 것을 볼 수 있습니다

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이번 글에서는 

정전기 유도와

정전기 유도를 활용한 실험을

이야기해보았습니다

 

다음 글에서는 정전기유도를 활용한

검전기에 대하여

이야기해보려 합니다

 

도움이 되셨기를 바랍니다

감사합니다.