전기관련실험2013.11.07 23:45



Toepler-Holtz 정전기 발생기를 만들어 보았다.


이 장치는 1865년 경에 개발된 정전기 발생장치이다. 


아래의 그림은 위키백과에서 찾은 그림이다.



그림 출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Toeplersche_Elektrisiermaschine.png


윔스허스트 기전기(Wimshurst Machine) 와는 달리 하나의 원판만 돌아가도록 만들어져 있다. 




박물관에 가면 위의 사진과 같은 모양으로 전시되어 있다.


주변에서 쉽게 발견할 수 있는 재료를 이용해서 Toepler-Holtz 정전기 발생기를 재현해 보았다.




집 근처 리모델링 하는 곳에서 나무토막을 주워다가 틀을 만든 후, 집에 있던 CD와 하드디스크 스핀들 모터를 이용하여 디스크 부분과 손으로 돌리는 크랭크 부분을 만들었다. 


디스크의 지지대는 레이저프린터를 분해해서 얻은 기어박스에 있던 것이다.


라이덴 병 부분도 페트병을 잘라서 겉과 안쪽에 은박테이프를 붙여서 만들었다. 그리하여 재료비는 거의 들지 않았다.


손잡이 부분을 시계방향으로 천천히 돌리면 정전기가 발생하여 콘덴서에 쌓이게 되고, 일정량 이상 되면 방전갭에서 소리를 내면서 쌓인 전하가 방전된다. 물론, 빨리 돌리면 정전기가 빨리 쌓인다.





갭의 간격이 약 1cm 이므로 30,000V 정도가 발생한다고 추정할 수 있다.



이 장치를 이용하여 여러가지 실험을 시도해 볼 수 있는데, 대표적 정전기 실험인 프랭클린 벨 실험을 할 수 있다.


먹물을 칠한 스티로폼 공을 가운데 두고, 양쪽에 깡통을 둔 다음 정전기를 가하면 공이 양쪽 깡통 사이를 왕복한다. 




스티로폼 공이 어느 한 쪽 깡통으로 끌려가면, 해당 깡통에 닿게 되고 닿았던 깡통과 같은 전하로 충전되어 다시 밀어내게 된다. 


반대편 극성의 깡통에 끌려서가 접촉하면 또 다시 접촉했던 깡통과 같은 전하로 충전되어, 다시 밀어내게 되므로 공은 왕복운동을 한다. 


Volta's hailstorm 실험도 시도해 보았다. 금속 뚜껑을 플라스틱 관 양쪽에 씌운 다음, 안쪽에는 먹물을 칠한 스티로폼 공들을 넣어두었다. 프랭클린 벨 실험과 마찬가지로, 정전기를 가하면 공들이 내부에서 위아래로 왕복한다. 



Volta's hailstorm 실험은 프랭클린 벨 실험에서 공의 갯수를 늘린 것이다. 




요구르트병을 이용한 정전기 모터 실험도 해 보았다. 


요구르트를 먹고 난 다음, 병을 잘 씻어서 말린 후, 바닥의 가운데 부분에 구멍을 뚫고 나사를 박았다. 이 나사는 마찰을 줄여주는 역할을 한다. 축 부분은 연필을 거꾸로 세우는 방법을 사용했다. 병의 겉 부분에 은박테이프를 길게 잘라서 일정 간격으로 붙여주고, 깡통 부분에는 정전기를 전달하는 브러시를 달았다. 


브러시에서 정전기가 전달되어 요구르트병의 은박지가 같은 극성으로 충전되게 되고, 브러시로 연결된 깡통과 척력이 발생하여 요구르트병은 회전을 시작한다. 



극성을 바꿔도 모터의 회전방향은 같다. 모터의 회전방향을 바꾸려면 브러시의 구조를 바꿔야 한다. 


아래의 동영상은 위의 실험들을 촬영한 영상이다. 



http://youtu.be/1cuj9ByAK6M <- 재생 오류시 클릭


Wimshurst Machine 보다는 정전기가 덜 발생하는것 같지만, 구조가 Wimshurst Machine 보다 간단하다는 장점이 있다. 


실생활에 활용하기는 어려운 물건이지만, 지금의 전기문명을 만드는데 도움을 준 장치라는데 의미를 두면 좋을 것 같은 물건이다. 


정전기 유도를 이용해서 정전기를 만드는 장치이므로 습한 날씨라 해도 절연만 잘 유지되면 정전기가 잘 생긴다. 간단한 정전기 실험을 할 때, 정전기 공급원으로 활용이 가능한 장치이다. 

Posted by 블루토파즈