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17세기 유리병 건전지

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작성자 팔백억쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물요원 댓글 0건 조회 4,237회 작성일 11-05-01 17:26

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라이덴병을 이용해 실험하던 모습을 재현한 사진
왼쪽이 마찰전기를 만드는 전기발생장치이며 오른쪽의 작은 병이 라이덴병이다.

전기에 관한 실험을 하기 위해서는 전가를 공급해 줄 수 있는 전원이 있어야 한다. 1700년대 중반까지는 모든 전기 실험에 마찰을 이용하여 발생시킨 전기를 이용했다. 마그데부르그의 시장이었던 게리케가 발명한 마찰전기발생장치는 그 후 많은 사람들에 의해 개량되어 실험에 필요한 전기를 공급하는 장치로 사용되고 있었다.

그러나 마찰전기발생장치로는 실험에 필요한 충분한 전기를 일정하게 공급받을 수 없었다.
더 큰 문제는 전기발생장치를 이용하여 만들어낸 전기를 저장했다가 사용할 수 없다는 것이었다.

전기발생장치로 발생시킨 전기로 물체를 대전시키면 전기가 대전체에 얼마 동안은 남아 있지만 곧 사라져 버렸다. 따라서 전기 실험을 하기 위해서는 필요할 때마다 전기발생장치를 돌려서 전기를 발생시켜야 했다.

18세기 전기 분야 최대 사건 - 라이덴병의 발견

따라서 18세기의 과학자들은 가능하면 많은 전기를 모아두는 편리한 방법을 찾아내려고 노력하고 있었다. 그들은 전기를 유체라고 생각했기 때문에 병과 같은 그릇에 담아둘 수 있을 것이라고 생각했다.

그러나 전기를 저장하는 축전기인 라이덴병을 발견한 것은 우연한 사건에 의해서였다.
라이덴병은 네덜란드의 뮈스헨브루크(Pieter van Musschenbroek, 무센부룩, 1692-1762)과 독일의 에발트 폰 클라이스트(Ewald Jurgens von Kleist)에 의해 발명되었다.

1745년에서 1746년 사이에 만들어진 라이덴병은 많은 전기를 저장했다가 사용할 수 있도록 하여 과학자들로 하여금 전에는 할 수 없었던 전기에 관한 새로운 여러 가지 실험을 할 수 있도록 했다. 라이덴병의 발명은 1700년대 전기 분야에 있었던 최대 사건이었다.

라이덴병을 발명한 사람들
네덜란드의 뮈스헨브루크

1692년에 네덜란드 라이덴에서 공기 펌프, 현미경, 망원경과 같은 과학기기를 제조하여 팔던 상인의 아들로 태어난 뮈스헨브루크(는 1715년에 라이덴 대학에서 의학으로 학위를 받고 영국과 독일에 머물기도 했지만 네덜란드로 돌아와 오랫동안 라이덴 대학에서 강의하면서 전기에 대한 연구를 계속했다.

뮈스헨브루크가 라이덴병을 발견한 것은 우연한 사건에 의해서였다. 마찰을 이용해 전기를 발생시키는 전기 발생 장치로 전기를 발생시켜 전기에 관한 실험을 하던 뮈스헨브루크는 물을 채운 대전된 유리병을 오른 손으로 잡고 왼손은 전기발생장치에 연결되어 있는 철사를 잡은 후 전기발생장치를 회전시켰다. 그러나 아무 일도 일어나지 않았다.

그러나 철사의 한 끝을 병 속의 물에 넣었을 때 그는 대단한 충격을 받았다. 물이 담긴 유리병에 저장되어 있던 전기가 철사를 물에 넣는 순간 뮈스헨브루크의 몸을 통해 한꺼번에 방전된 것이다. 뮈스헨브루크는 후에 그 때의 충격은 프랑스를 통째로 준다고 해도 다시 경험하고 싶지 않을 만큼 고통스런 것이었다고 말했다.

그러나 뮈스헨브루크는 이 고통스런 경험으로 인해 라이덴병을 발명할 수 있었다.
라이덴병이라는 이름은 후에 뮈스헨브루크를 기념하기 위해 그의 고향이었던 라이덴의 이름을 따 프랑스의 놀레가 붙였다. 뮈스헨브루크는 그의 실험결과를 즉시 파리의 과학 아카데미에 보고했다. 1746년 1월에 라틴어로 쓰여진 뮈스헨브루크의 편지는 놀레에 의해 프랑스어로 번역되었다. 그러나 철학회보에 실린 편지의 날자는 1745년 2월 4일로 되어 있었다.

이 때문에 뮈스헨브루크가 라이덴병을 발명한 날짜가 논란의 대상이 되기도 했다. 아마도 편지를 번역할 때나 회보를 편집하는 과정에서 오류가 생겨서 실제보다 1년 더 빨리 라이덴병이 발명된 것으로 기록되었을 가능성이 크다.

2.jpg
뮈스헨브루크(Pieter van Musschenbroek,
무센부룩, 1692-1762)

독일의 클라이스트

뮈스헨브루크와 라이덴병의 최초 발명자 자리를 놓고 경쟁했던 클라이스트는 1700년에 독일 포메라니아에서 태어나 1720년대에는 라이덴 대학에서 과학을 공부를 했다. 라이덴 대학을 졸업한 후에는 고향인 포메라니아로 돌아가 과학과는 관계없는 일을 시작했지만 과학에 대한 그의 관심이 완전히 사라진 것은 아니었다.

당시 독일에서는 전기에 관한 관심이 커서 과학을 공부하는 사람이면 대부분 전기 실험을 하고 있었다. 1744년 1월에 문을 연 베를린 과학 아카데미에서도 전기에 관한 많은 실험을 했다. 과학자들은 사람들 앞에서 마찰전기를 이용한 발생시킨 전기를 방전시켜 여러 가지 물질에 불을 붙이는 실험을 했고 사람들은 이것을 보기 위해 몰려들었다. 그 당시 전기에 관한 실험은 많은 사람들이 관심을 가지는 있던 인기 있는 볼거리였다.

이에 고무된 클라이스트는 스스로 전기 발생장치를 제작하여 여러 가지 전기 실험을 했다. 그가 하려고 했던 것은 더 강한 전기를 만들어 내는 것이었다. 그는 강한 전기를 만들기 위해서는 대전체의 질량을 크게 하는 것이 도움이 될 것이라고 생각했다. 전기의 세기는 대전체의 질량에 비례할 것이라고 생각한 것이다. 그래서 그는 대전체로 사용될 병에 물을 채우고, 전하가 달아나는 것을 막기 위해 병을 부도체로 둘러쌌다. 그는 이렇게 하면 병에 대전되는 전기량이 늘어날 것이라고 생각했다.

그는 전기 발생장치를 돌려서 병을 대전시키고 있는 동안에 한 손으로 병을 만졌다. 그 역시 뮈스헨브루크와 마찬가지로 커다란 충격을 받았다. 그가 기대했던 것 이상의 강한 전기가 만들어진 것이다. 이것은 1745년 11월 4일에 있었던 일이었다. 그는 그의 실험결과를 편지로 베를린 아카데미에 보고했다.


4.jpg

클라이스트의 라이덴병 발견을 묘사한 그림

라이덴병은 두 사람의 독립적 발명

비슷한 시기에 뮈스헨브루크와 클라이스트가 비슷한 구조를 가지고 있는 전기 저장장치를 발명한 것이다. 따라서 누가 이 전기 저장장치의 발명자냐를 놓고 많은 논란이 있었다. 그러나 라이덴병의 발명에 대한 우선권 논쟁은 명확한 결론을 내리기 어려운 문제였다. 일부는 클라이스트가 최초로 라이덴병을 발명했다고 주장했고, 일부는 뮈스헨브루크이라고 주장했다. 두 사람이 거의 같은 시기에 독립적으로 라이덴병을 발견한 것은 의심할 여지가 없는 사실이었다. 한 때는 이 축전기를 클라이스트의 이름을 따서 클라이스트병이라고 부르는 사람도 있었지만 뮈스헨브루크의 고향과 대학이름을 따서 놀레가 붙인 라이덴병이라는 이름이 일반적으로 사용되는 이름이 되었다. 라이덴병 발명의 우선권 논쟁은 두 사람이 독립적으로 라이덴병을 발명한 것을 인정하는 것으로 일단락 되었다.

라이덴병은 두 사람의 독립적 발명

비슷한 시기에 뮈스헨브루크와 클라이스트가 비슷한 구조를 가지고 있는 전기 저장장치를 발명한 것이다. 따라서 누가 이 전기 저장장치의 발명자냐를 놓고 많은 논란이 있었다. 그러나 라이덴병의 발명에 대한 우선권 논쟁은 명확한 결론을 내리기 어려운 문제였다. 일부는 클라이스트가 최초로 라이덴병을 발명했다고 주장했고, 일부는 뮈스헨브루크이라고 주장했다. 두 사람이 거의 같은 시기에 독립적으로 라이덴병을 발견한 것은 의심할 여지가 없는 사실이었다. 한 때는 이 축전기를 클라이스트의 이름을 따서 클라이스트병이라고 부르는 사람도 있었지만 뮈스헨브루크의 고향과 대학이름을 따서 놀레가 붙인 라이덴병이라는 이름이 일반적으로 사용되는 이름이 되었다. 라이덴병 발명의 우선권 논쟁은 두 사람이 독립적으로 라이덴병을 발명한 것을 인정하는 것으로 일단락 되었다.

라이덴병은 두 사람의 독립적 발명

비슷한 시기에 뮈스헨브루크와 클라이스트가 비슷한 구조를 가지고 있는 전기 저장장치를 발명한 것이다. 따라서 누가 이 전기 저장장치의 발명자냐를 놓고 많은 논란이 있었다. 그러나 라이덴병의 발명에 대한 우선권 논쟁은 명확한 결론을 내리기 어려운 문제였다. 일부는 클라이스트가 최초로 라이덴병을 발명했다고 주장했고, 일부는 뮈스헨브루크이라고 주장했다.

두 사람이 거의 같은 시기에 독립적으로 라이덴병을 발견한 것은 의심할 여지가 없는 사실이었다. 한 때는 이 축전기를 클라이스트의 이름을 따서 클라이스트병이라고 부르는 사람도 있었지만 뮈스헨브루크의 고향과 대학이름을 따서 놀레가 붙인 라이덴병이라는 이름이 일반적으로 사용되는 이름이 되었다.

라이덴병 발명의 우선권 논쟁은 두 사람이 독립적으로 라이덴병을 발명한 것을 인정하는 것으로 일단락 되었다.

라이덴병에 전기가 저장되는 원리

라이덴병에 전기가 저장되는 원리는 아주 간단하다. 두 도체가 작은 간격을 두고 떨어져 있을 때 한 도체에는 전기의 플러스극을 연결하고 다른 도체에는 마이너스 극을 연결하면 도체에 전기가 저장된다. 이 때 저장되는 전기의 양은 도체의 넓이에 비례하고 도체 사이의 거리에 반비례한다. 두 도체 사이에 전기가 흐르지 않는 유전체를 끼워 넣으면 더 많은 전기를 저장할 수 있다. 이것은 현재 우리가 전자기기의 부품으로 사용하고 있는 축전기(Capacitor)에 전기가 저장되는 원리이다.

라이덴병에서는 병 안쪽에 담겨져 있는 물이 도체의 역할을 하고 병의 바깥쪽을 만진 손이 또 다른 도체 역할을 한 것이다. 병의 재료인 유리는 도체 사이에 끼워 넣은 유전체의 역학을 한 것이다. 현재 실험용으로 사용하고 있는 라이덴병은 유리병의 안과 밖에 주석박을 입혀서 만든다.

안쪽과 바깥쪽에 도체를 입히고 그 사이에 유전체인 유리를 배치하는 것이다. 전기 발생장치에 의해 발생된 전기가 안쪽 금속이나 물에 저장된 후에 바깥쪽 금속과 안쪽 금속을 도선으로 연결하면 많은 전류가 한꺼번에 흐르게 된다. 뮈스헨브루크가 한 손에는 유리병을 들고 다른 한 손에 들고 있던 철사를 유리병 안의 물에 대자 큰 충격을 받았던 것을 이 때문이었다.

3.jpg

발전된 형태의 라이덴병, 유리병 안팎에 주석박을
입혀서 만든다.

라이덴병의 발명은 전기 실험의 획기적 발전의 계기

라이덴병의 발명은 전기실험이 크게 발전할 수 있는 전기가 되었다. 전기 발생장치로 발생시킨 전기를 병에 담아가지고 다니면서 손쉽게 여러 가지 실험을 하게 되었기 때문이다. 전기의 정체를 밝혀내는 연구에 크게 공헌했던 미국의 프랭클린도 영국을 통해 라이덴병을 전달받고 많은 전기 실험을 할 수 있었다.

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