전기모기채로 라이덴 병(Leyden jar) 충전하기

전기모기채를 이용하여 라이덴 병을 충전해 보았다.

전기모기채에서 나오는 전압은 3kV 정도밖에 안 되기 때문에 라이덴병을 충전하기에는 역부족이다. 이 전기모기채 몇 개를 직렬로 연결하는 방법도 있지만, 차지펌프의 원리를 이용한 전압 뻥튀기 장치를 만들어 보았다.

아크릴 판 위에, 은박 테이프와 고압 콘덴서를 위의 사진과 같이 배치했다. 이대로 봐서는 이게 어떻게 전압을 뻥튀기하는지 의아해 하는 사람이 있을 수 있다.

이것은 Charge-Pump 의 원리를 이용한 것으로, Charge-Pump 의 대표적인 회로는 아래에 예를 들었다.

위의 회로는 Charge-Pump 회로의 예를 들어 둔 것이다. 

왼쪽 위의 스위치와 오른쪽 아래의 스위치를 닫으면 콘덴서 C 가 전원 전압만큼 충전되게 된다. 그 후, 해당 스위치를 열고 왼쪽 아래 스위치와 오른쪽 위의 스위치를 닫으면, 전원 전압과 콘덴서 C 에 충전된 전압이 직렬연결된 꼴이 되어 CL 은 전원 전압의 2배의 전압으로 충전된다. (처음에는 2배까지 충전되지는 않겠지만 스위치의 동작을 계속 반복하다보면 전원전압의 2배의 전압에 가까워진다.)

위의 회로는 반대 극성의 전압을 내는 Charge-pump 회로이다. 왼쪽 위의 스위치와 오른쪽 아래의 스위치를 닫으면 콘덴서 C 가 전원전압만큼 충전이 되고, 해당 스위치를 연 다음 왼쪽 아래 스위치와 오른쪽 위의 스위치를 닫으면 C 에 충전된 전하가 CL 에 충전되어 부하에는 전원 전압과 같고, 극성이 반대인 전압이 가해지게 된다.

실제 Charge-Pump 회로에서 스위치의 여닫음은 1초에 수십만번에서 수백만번 정도이다. (회로 그림 출처 : 위키피디아)

고압 콘덴서 부분을 확대한 사진이다. 각각의 은박테이프 전극에, 고압 콘덴서들이 직렬로 연결되어 붙어 있는 것을 볼 수 있다. 고압 콘덴서는 내압 3kV 짜리로, 용량이 0.01μF 이다. 총 9개를 직렬로 연결하였다.

Charge-pump 회로와 마찬가지로, 전기모기채는 각각의 콘덴서를 따로따로 충전하게 되고, 각각의 콘덴서는 직렬로 연결되어 있어서 전압이 뻥튀기 된다.

전기모기채에는 랜선을 이용하여 전극을 만들어 주었다. 내부망과 외부망에 선을 각각 연결하고, 밖으로 빼냈다. 모기채를 작동시킨 다음, 은박 전극을 지날 때 은박 전극의 폭 보다 모기채 전극간의 폭이 좁으면 이동하면서 전기모기채가 단락되므로 전극간의 거리는 은박테이프의 폭 보다 커야 한다.

우유 페트병과 은박테이프를 이용한 라이덴병이다. 내부에는 일반 수돗물을 넣었고, 뚜껑에 구멍을 뚫어서 스텐파이프를 집어넣었다.

우유 페트병과 생수병으로 만든 라이덴 병 이다. 외부 전극까지 물로 구성했는데, 용량은 위의 것과 비슷했다.

http://youtu.be/GmjhXlgaD3k

위의 동영상은 만든 장치를 시험해 보는 동영상이다. 비싼 장비 없이도 간편하게 라이덴 병을 충전해서 실험을 할 수 있다.

실험에 사용된 콘덴서는 2013년 현재 개당 150원 이다.