비행기 자동차 번개에도 안전한 이유는? 패러데이의 법칙, 새장효과

코로나가 완전히 사라진 것은 아니지만, 이제 해외로의 여행 빗장이 풀림과 동시에 모처럼의 다가오는 여름휴가를 해외여행을 가되 장마를 피고 싶어 하실 것이라 생각합니다. 천둥번개를 동반하며 폭우를 쏟아붓는 장마를 좋아하시는 분들은 아무도 없습니다. 문득 그러다, 비행기는 번개를 맞기 가장 좋은 위치에 있으면서도 괜찮을까 하는 기우를 갖기도 하는데, 오늘은 그런 기우를 완벽하게 날려줄 패러데이의 법칙과 패러데이 새장효과는 무엇인지에 대해서 자세하게 설명해 드리도록 하겠습니다.

 

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목차

 

 

 

패러데이 법칙

 

가장 먼저 페러데이의 법칙(faraday's law)이라는 것이 무엇인지에 대해서설명해드리도록 하겠습니다.

 

정의

 

1883년 M. Faraday에 의해 발견된 법칙으로, 전기분해 법칙과 전자기 유도 법칙이 있습니다. 전기분해 법칙에 의해 물질의 원자구조와 관련해서 전기량에도 최소 단위(기본 전하량)가 존재하는 것이 처음으로 예측되었고, 전자기 유도 법치은 전자기 유도가 일어나는 방식을 밝혀내었습니다.

 

전기분해

 

전기분해를 하는 동안 전극에 흐르는 전하량과 전기분해로 인해 생긴 화학변화의 양 사이에 정략적인 관계를 나타내는 법칙으로 총 2가지의 법칙으로 나뉘어져 있습니다.

 

• 제1법칙 : 전해질 용액을 전기분해할 때 전극에서 석출 되는 물질의 질량은 그 전극을 통과한 전자의 몰수에 비례한다. 즉, 전류가 더 많이 흐를수록 시간이 지날수록 석출되는 물질의 질량은 많아진다.
• 제2법칙 : 같은 전기량에 의해 석출 되는 물질의 질량은 물질의 종류와 관계없이 각 물질의 화학 당량에 비례한다. 즉 1 금당량의 물질량을 전기분해하여 석출 하는데 필요한 전기량은 물질의 종류와 관계없이 96,485.3383C으로 항상 일정하다.

 

전자기유도

 

전자기유도에 의해 회로 내에 유발되는 기전력의 크기는, 회로를 관통하는 자기력선속의 시간적 변화율에 비례한다. 기전력의 방향을 정하는 렌츠의 법칙과 함께 전자기 유도가 일어나는 방식을 나타낸다.

 

 

 

패러데이 새장효과

 

위와 같이 패러데이의 법칙이라는 어려운 용어가 있다는 정도만 이해를 하셨다면 이제는 이게 우리 실 생활에도 적용이 되는 패러데이 새장효과의 뜻은 무엇인지에 대해서 말씀드리겠습니다.

 

패러데이 새장, 페러데이 실드, 호프만 상자라는 세 가지의 이름으로 불리는 이 효과는 전기가 흐르는 도체 또는 도체 그물로 둘러싸인 구조를 뜻합니다. 이렇게 둘로 싸인 구조는 외부의 정전기장을 차단합니다. 패러데이 새장은 1836년에 그것을 발명한 영국의 과학자 마이클 패러데이의 이름을 따서 지은 것입니다.

 

 

패러데이 새장의 작용은 외부 정전기장이 새장 도체 속의 전하를 재배치시킴으로써 장의 효과가 새장의 내부에 미치지 않게 되어 발생합니다. 이 현상은 예를 들면 전자 장치를 번개나 기타 방전으로부터 보호하기 위해서 사용됩니다.

 

 

 

비행기가 번개에도 안전한 이유

 

그렇다면, 이제 이론에 대해서 알게 되었으니 우리가 궁금해하던 비행기가 번개에도 안전한 이유에 대해서 설명해 드리기 위한 것이 바로 패러데이 새장 효과의 원리가 비행기에 적용되었다는 것입니다.

 

결국, 비행기는 하나의 새장 역할을 해서, 새장은 번개를 맞아도 전류가 새장 철재를 타고 바깥으로 흘러 새장 속의 새는 안전하듯, 천둥번개가 내리쳐도 자동차나 항공기 내에 탑승한 이들은 안전하게 됩니다.

 

여기에서, 비행기가 번개를 맞는 지점을 엔트리포인트, 맞은 번개가 도체를 흘러 빠져나가는 부분을 익시트포인트라고 부르며 이 두 포인트가 보이지 않아도 긴밀하게 연결되어 있기 때문에 우리가 안전할 수 있는 것입니다.

 

이번 포스팅에서는 비행기나 자동차가 소리만 들어도 무서운 천둥번개에서 안전한 이유인 패러데이 효과에 대해서 알아보았습니다. 생활에서 단순히 궁금한 것은 스쳐 지나가기보다 이렇게 가볍게라도 이유를 알아가는 것이 훨씬 더 즐겁고 재미있는 삶으로 여러분들에게 다가갔으면 합니다.