[전자회로] 3. 전기력 - 회로작동의 근원

 이런 질문을 던져 보겠습니다.

 "그래, 전기회로에 전하가 돌아다닌 다는 것을 이해하겠어. 그런데 왜 전하가 이쪽에서 저쪽으로 이동할 수 있는거지? 저절로 그렇게 될 리는 없고, 도대체 무엇이 전하를 움직이게 하는거야?"

 이 질문에 대해 답을 하려면 먼저 전기력의 개념을 이해하셔야 합니다.

 전기력이란 전하들 간에 작용하는 힘입니다. 이 힘은 일상생활에서 거의 매일 경험하고 있습니다.

예를 들어 빗질을 할 때를 떠 올려 보세요. 빗이 머리카락을 잡아당기잖아요. 이런 힘이 전기력입니다.

전기력은 재미있는 성질이 있는데, 같은 극성 끼리, 예를 들어 하나는 양전하고 다른 것은 음전하일때는 서로 잡아(인력) 당깁니다.

 제가 왜 전기력에 대해 설명하고 있을까요? 바로 이 전기력이 회로를 작동하게 하는 근본 힘이기 때문입니다. 예를 들어 부연 설명을 해 보겠습니다.

 그림은 도선의 일부를 잘라서 가만히 놓아 둔 상태입니다. 이 안에도 자유전자들이 엄청나게 많습니다. 그런데 꼬마회로에서처럼 일정한 방향으로 움직이지는 않아요. 한 마디로 제멋대로지요. 그림에 보인 것처럼, 자유 전자는 아주 짧은 거리를 생각할 때는 여기서 저기로 가는 것 같지만, 다른 자유전자도 비슷한 확률로 저기서 여기로 움직여서 결국 전체적으로 볼 때 순수한 방향성이 있는 이동은 없는 것입니다.

 그런데 제가 이 전자들을 이쪽에서 저쪽으로 이동시켜 보겠습니다.

 그림을 보세요. 잘라낸 도선의 왼 쪽 끝에 음전자들을 고정시켜 놓고, 오른 쪽 끝에는 양전하를 고정시켜 놓습니다. 이렇게 하면 도선 안의 전자는 여전히 현란한 막운동을 그치지는 않지만 양 끝의 양전하와 음전하에게서 전기력을 받게 되므로 한 쪽으로 움직여 가게 됩니다. 그렇겠지요? 양전하는 전자를 계속 끌어당기고, 음전하는 전자를 계속 밀어내기 때문이니까요!

 도선의 양 끝에 있는 음전하와 양전하의 역할을 하는 것이 바로 배터리입니다.

 그림을 보세요. 배터리에 +,- 극성이 있는 것 아시지요? +극은 양전하가 고정적으로 분포되어 있는 곳이고, -극은 음전하가 고정적으로 분포되어 있는 영역입니다. 그러니까 회로에 배터리를 연결하는 순간 양/음전하가 회로 안의 자유전자들에게 전기력을 작용하게 되는 것이지요. 

 그림처럼 회로 여기저기에 있던 자유전자는 -극의 음전하에게서 척력을 +극의 양전하에게서 인력을 받아 a에서 b방향으로 움직여 하나의 '흐름'을 만들어 내는 것입니다.

 그럼 b지점에 도달한 전자들은 어떻게 될까요? +극에 쌓여서 더 이상의 흐름은 없게 되는 것일까요? 아닙니다. 배터리의 두 번째 기능은 전기적인 펌프입니다. 물을 길어내는 펌프처럼 배터리는 +극에 도달한 전자를 펌핑질을 해서 -극을 보내주는 역할을 하기도 합니다.

 이제 -극으로 보내진 전자는 다시 밀려서 a를 향하여 이동하게 되겠지요. 결국 끊임없는 전자의 흐름이 생기는 것입니다. 이해되시지요? 이게 회로가 작동하는 방법입니다. 정리해보겠습니다.

배터리(전원)의 전하들과 회로에 분포된 전자들 사이에 작용하는 전기력 때문에 회로를 통해 전하가 흐른다. 회로 작동의 근본적인 원인은 전기력이라 할 수 있다.

 이제 왜 회로에 전기가 흐르게 되는지 이해가 좀 되시지요? 그럼 다음 이야기로 넘어가볼까요?

 그럼 다음 시간에는,[전류]에 대해서 알아보도록 하겠습니다.