전지도 없는데,
풍선이 전구를 켰다?
전구에 불을 켜려면 전지가 있어야 한다고 배웠죠. 그런데 오늘은 전지 없이, 지난 시간처럼 문지른 고무풍선만으로 네온전구에 불을 켜 봅니다. 정말 켜질까요? 설명은 잠깐 미뤄 두고, 일어난 일부터 봅시다.
- 스타이로폼 접시를 털가죽으로 여러 번 문지른 다음, 책상 위에 뒤집어 놓는다.
- 알루미늄 접시에 수수깡을 테이프로 붙인 다음, 수수깡을 잡고 스타이로폼 접시 위에 놓는다.
- 네온전구의 한쪽 극을 손으로 잡고, 다른 쪽 극을 알루미늄 접시 가장자리에 댄다.
🔬 전구가 어둠을 밝히기까지 — 가상 실험실
전지가 없어도 켜지고, 전지가 있어도 안 켜집니다. 위 칸에서 실험을 골라 직접 해 보세요 — 둘 다 정답을 알려 주지 않습니다. 무엇이 궁금해지는지에 집중하세요.
화면이 작거나 학생 기기로 할 때는 새 창으로 크게 보기 ↗
📌① 실험은 어두운 실험실이 기본입니다 — 실제로도 불을 꺼야 보여요. 놓쳤다면 느리게 다시 보기를 누르세요. 진짜 실험을 꼭 해 보세요. 이 화면은 예습·복습용입니다.
②번 실험은 한쪽만 이으면 안 켜지고 양쪽을 이으면 켜집니다. 딱 한 곳만 다릅니다.
두 실험 모두 정답 문장을 먼저 주지 마세요. 2단계에서 학생이 스스로 만들게 하세요.
🤔 그래서, 오늘의 질문
전지도 없는데 불이 켜졌습니다. 그렇다면 그 순간, 풍선에서 전구까지 무엇이 건너간 걸까요?
✔ 저장됨지난 시간에 배웠죠 — 문지른 풍선에는 전자가 쌓여 있습니다. 그 전자가 어떻게 됐는지, 2단계에서 이 흐름에 이름을 붙이며 밝혀 봅니다.
🧪 교실에서 해 보기 — 우리 반 전체가 회로
전류가 끊기면 어떻게 되는지를 몸으로 확인합니다실험 이름을 누르면 준비물과 방법이 펼쳐집니다.
1인간 도체 게임
교실에서 직접
- 한 사람이 두 손으로 양 끝 금속을 잡아 봅니다 — 소리와 불빛이 납니다.
- 학급 전체가 손을 잡고 원을 만들고, 양 끝 두 사람이 스틱을 잡습니다.
- 중간에서 한 명이 손을 놓으면 어떻게 될까요? 예상부터 말해 봅시다.
- 이번엔 한 명이 고무장갑을 끼고 손을 잡아 봅니다.
👀 여기를 보세요 — 한 곳만 끊겨도 즉시 꺼집니다. 그리고 다시 잡으면 기다림 없이 바로 켜져요.
왜 그럴까?
사람 몸도 (약하지만) 전기가 통하고, 고무는 통하지 않습니다.
재미있는 건 기다림이 없다는 점입니다. 40명을 거쳐 가야 하는데도 즉시 켜지죠. 전자 하나가 40명을 뚫고 달려간 게 아니라, 줄 전체가 동시에 밀리기 때문입니다 — 이따 볼 "전자의 진짜 속도" 시뮬레이션과 이어집니다.
⚠️에너지 스틱은 사람이 느끼지도 못할 만큼 극히 약한 전류를 쓰는 교구입니다. 콘센트나 건전지로 절대 대신하지 마세요 — 전혀 다른 이야기입니다.
이번 시간이 끝나면 이걸 할 수 있다
오늘 본 실험이 바로 그 증거입니다.
전자가 가는 방향과 전류 화살표까지.
도선의 종류·길이·굵기 세 가지.
그 흐름의 이름은 '전류'
대전된 고무풍선을 갖다 댄 알루미늄 컵에 네온전구를 대면, 풍선에 쌓여 있던 전하가 컵을 통해 전구로 흐릅니다. 이런 전하의 흐름을 전류라고 하고, 단위는 A(암페어)를 씁니다. 전지를 연결한 전기 회로에서도 똑같습니다 — 전류가 흐르면 전구에 불이 켜져요.
오늘의 용어 세 개
설명을 먼저 읽고 용어를 머릿속으로 떠올린 뒤 빈칸을 눌러 확인하세요.
전류는 눈에 보이지 않으니, 눈에 보이는 물의 흐름에 빗대어 봅시다. 두 그림에서 역할이 비슷한 것이 하나씩 짝을 이룹니다.
그림 속 수도꼭지나 스위치를 직접 눌러도 잠기고 열립니다. 잠갔을 때 잘 보세요 — 물은 멈추지만, 전자는 사라지지 않고 제자리에서 불규칙하게 움직입니다.
🚰⚡ 짝짓기 — 물 세계와 전기 세계
왼쪽(물)에서 하나, 오른쪽(전기)에서 하나를 눌러 역할이 같은 짝을 이어 보세요. 모두 5쌍입니다.
🤔 잠깐 궁금! — 스위치를 켜는 순간, 무엇이 회로를 달려갔을까?
전지에서 출발한 전자 한 개가 전구까지 쏜살같이 달려간 걸까요? 스위치를 닫았다 열었다 해 보세요.
⚠️ 화면 속 전자의 이동은 눈에 보이도록 수백만 배 과장했습니다. 실제로는 1분에 4 mm쯤 — 바로 위 카드의 숫자를 다시 보세요.
전구가 바로 켜지는 것은 전자가 전지에서 전구까지 순식간에 달려가기 때문이 아니라, 전기장의 변화가 회로를 따라 매우 빠르게 전달되기 때문입니다.
🔬 가상실험실에서 더 해 보기
직접 조작해 보면 훨씬 잘 보입니다. 새 창에서 열려요.
🧪 전기 회로 시뮬레이터 (자바실험실) 전지·전구·스위치·도선을 직접 이어 회로를 만들어 보세요. 스위치를 열고 닫으며 회로가 이어져야만 전류가 흐른다는 것을 확인할 수 있습니다.전하의 흐름을 라고 하며, 단위는 를 사용한다.
전류가 흐를 때 도선에서 실제로 이동하는 것은 (−)전하를 띤 이다.
물의 흐름 모형에서 펌프는 , 물레방아는 에 해당한다.
물이 지나는 수도관은 에, 물의 흐름은 에 해당한다.
수도꼭지는 에 해당하고, 펌프가 물을 계속 흐르게 하듯 전지는 를 계속 이동하게 한다.
전류의 단위 A는 '암페어'라고 읽으며, 1 A는 mA와 같다.
수도관이 끊어지면 물이 새어 나오지만, 도선이 끊어지면 전류는 .
전류는 물 같은 액체가 아니라, (−)전하를 띤 가 지속적으로 하면서 생기는 현상이다.
빈칸을 그냥 눌러 답만 보면 남지 않아요. 소리 내어 답해 보고 누르세요.
그래서, 어느 쪽으로 흐를까?
전구와 전지를 연결한 전기 회로에서 전자는 도선을 따라 전지의 (−)극에서 (+)극으로 이동합니다. 그런데 전류의 방향은 (+)극에서 (−)극으로 흐른다고 정해서 쓰고 있어요. 그래서 전류의 방향은 전자의 이동 방향과 반대입니다. 직접 눈으로 확인해 봅시다.
🔋 회로 모형 시험 장치 — 전자 vs 전류 화살표
스위치를 닫아 보고, 전지도 뒤집어 보세요. 초록 점(전자)이 가는 방향과 구리색 화살표(전류의 방향)를 비교하는 것이 목표입니다.
🎛️ 조작판
📋 조건 → 방향 기록표
기록한 조건 0/4스위치(열림·닫힘) × 전지 방향(그대로·뒤집음) — 네 가지 조건을 모두 만들어 📌 버튼으로 기록해 보세요.
| 스위치 | 전지 방향 | 전자의 이동 방향 (왼쪽 도선에서) | 전류의 방향 (왼쪽 도선에서) | 전구 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 아직 기록이 없습니다. 조작판에서 조건을 바꾸고 📌 지금 조건 기록하기를 눌러 보세요. | |||||
🔎 표를 보니 어떤 규칙이 보이나요?
① 전구가 켜지는 조건은? ② 전지를 뒤집으면 무엇이 바뀌고, 무엇은 안 바뀌나요?
✔ 저장됨② 전지를 뒤집으면 전자의 이동 방향도, 전류의 방향도 모두 반대로 바뀐다.
③ 그러나 어느 조건에서도 전류의 방향은 언제나 전자의 이동 방향과 반대다 — 이것만은 변하지 않는다.
📌실제 도선 속 전자는 셀 수 없이 많습니다. 그림의 점 개수와 빠르기는 실제 값이 아니라 방향 관계를 보기 위한 모형이에요. 진짜 회로 실험은 다음 차시부터 합니다.
⚠️ 여기서 자주 어긋납니다
👀 전자는 (−)에서 (+)로 가는데 전류는 왜 반대일까? 누가, 언제 그렇게 정했을까?
영상이 안 보이면 인터넷 연결을 확인하세요 · 유튜브에서 바로 보기 →
→ 반대입니다. 전자는 (−)극→(+)극으로 이동하지만, 전류의 방향은 (+)극→(−)극으로 정해서 씁니다. 전자를 알기 전에 정한 약속을 지금도 그대로 쓰고 있기 때문이에요.
→ 아닙니다. 전자는 도선과 전구 속에 이미 들어 있습니다. 전지는 그 전자들을 계속 밀어 움직이게 해 줄 뿐이에요 — 펌프가 물을 만들지 않고 퍼 올리기만 하는 것처럼요. 그래서 스위치를 닫으면 도선 속 전자들이 모두 동시에 움직이기 시작합니다.
📐 한 줄 정리
| 방향 | 이것의 정체 | |
|---|---|---|
| 전자의 이동 방향 | (−)극 → (+)극 | |
| 전류의 방향 | (+)극 → (−)극 |
약속이 실제와 반대라니 이상하죠? 왜 약속을 안 고쳤는지는 + 더 알아보기에 있습니다. 시험에는 "서로 반대"라는 것만 나와요.
🔬 가상실험실에서 더 해 보기
직접 조작해 보면 훨씬 잘 보입니다. 새 창에서 열려요.
🧪 전류, 전도체, 부도체 (자바실험실) 물질 속 전자가 실제로 어떻게 움직이는지 확대해 볼 수 있어요. 전기가 잘 통하는 물질과 통하지 않는 물질의 차이도 함께 관찰해 보세요.전기 회로에서 전자는 전지의 (−)극에서 으로 이동한다.
전류의 방향은 전지의 (+)극에서 으로 흐른다고 정하여 사용한다.
따라서 전류의 방향은 전자의 이동 방향과 이다.
전지는 전자를 새로 만드는 것이 아니라, 도선 속에 이미 있는 전자를 계속 하게 하여 전류가 흐르게 한다.
스위치를 닫는 순간 도선 속에 이미 있던 전자들이 움직이기 시작하므로, 전선이 길어도 불은 즉시 켜진다.
전기 기구가 작동한다는 것은 그 안의 전기 회로에 가 흐르고 있다는 뜻이다.
먼저 머릿속으로 답한 뒤에 누르세요.
✍️ 내 말로 정리
전류의 세기를 정하는 두 손잡이
같은 전지를 써도 전구 밝기가 다를 때가 있죠. 전류를 더 세게 미는 쪽과 흐름을 막는 쪽, 두 가지가 전류의 세기를 정합니다. 미는 쪽에는 전압, 막는 쪽에는 저항이라는 이름이 붙어 있어요.
🔦 도입 — 전지는 그대로인데, 왜 밝기가 변할까?
샤프심 하나와 집게 두 개면 됩니다. 아래에서 오른쪽 집게를 직접 끌어 보세요 — 화면의 안내를 따라 하나씩 하면 됩니다. 미리 말해 두자면, 실험 내내 전지도 전구도 손대지 않습니다.
🧪실물로도 해 보기 — 교사 시연
교실에서 직접
- 건전지 → 전구 → 집게 전선 두 개로 회로를 만들고, 두 집게로 샤프심의 양 끝을 뭅니다.
- 불이 켜지는 것을 확인합니다.
- 집게 하나를 심을 따라 천천히 밀어 두 집게 사이를 넓힙니다.
- 다시 되돌립니다. 여러 번 왕복해서 보여 주세요.
💡심이 잘 안 물리면 집게 날을 심에 수직으로 세워 무세요. 심은 쉽게 부러지니 종이 위에서 다루고, 여분을 준비하세요.
👀 여기를 보세요 — 밝기가 딸깍 하고 꺼지는 것이 아니라 서서히 변합니다. 켜짐과 꺼짐 사이에 중간이 있다는 것이 오늘의 출발점입니다.
전지도 그대로, 전구도 그대로입니다. 그런데 밝기가 변했어요.
그렇다면 집게를 밀 때 무엇이 달라진 걸까요?
오늘의 용어 — 전류를 조절하는 두 손잡이
설명을 먼저 읽고, 이름이 무엇일지 떠올린 뒤 빈칸을 눌러 확인하세요.
💧 물의 흐름으로 다시 보면
지난 단계에서 전류를 물의 흐름에 빗대어 보았죠. 전압과 저항도 같은 그림 안에 들어 있습니다. 물이 흐르려면 어디선가 눌러 주는 압력이 있어야 하고, 관이 좁으면 흐름이 방해받아요. 그리고 우리가 세는 것은 1초 동안 흘러나온 물의 양입니다.
| 💧 물의 흐름 | ⚡ 전기 회로 | 단위 |
|---|---|---|
| 어디선가 눌러 주는 압력 | 전압 | V (볼트) |
| 흐름을 방해하는 성질 | 저항 | Ω (옴) |
| 1초 동안 흘러나온 물의 양 | 전류 | A (암페어) |
🚧 저항의 정체 — 전자의 길을 얼마나 막느냐
저항은 눈에 보이지 않는 신비한 힘이 아닙니다. 도선 속에는 금속 원자가 제자리에서 떨고 있고, 전자는 그 사이를 지나며 계속 부딪힙니다. 이 부딪히는 정도가 곧 저항이에요. 아래에서 도착한 전자 수를 지켜보세요 — 그것이 전류입니다.
= 전류
🔌 저항은 무엇에 의해 달라질까?
저항은 도선이 원래 가지고 있는 성질입니다. 무엇을 바꾸면 저항이 달라지는지, 하나씩만 바꿔 가며 직접 확인해 보세요.
🧪 도선 실험대
📌 찾아낸 관계
📏 길이
길어질수록 저항이 커져요.
전하가 지나갈 길이 그만큼 멀어져요.
⭕ 굵기
굵어질수록 저항이 작아져요.
전하가 지나갈 길이 넓어져요.
🧱 재질
길이와 굵기가 같아도
재질이 다르면 저항이 달라져요.
길면 커지고, 굵으면 작아질까?
1차시에서 원자를 들여다봤죠. 금속 도선 속에는 제자리에서 흔들리는 원자가 빽빽하고, 그 사이를 자유롭게 돌아다니는 전자가 있습니다. 전류는 이 전자들이 한쪽으로 밀려 흐르는 것이었어요.
전자가 도선을 지나가려면 원자들 사이를 헤치고 가야 합니다. 헤치고 가야 할 구간이 길어지면 어떻게 될까요? 지나갈 통로가 넓어지면요?
도선을 2배 길게 하면, 1초 동안 어느 한 지점을 지나가는 전자 수는 어떻게 될까요?
도선을 잘라 옆에서 본 그림입니다. 초록 점이 전자, 회색 점이 제자리에서 흔들리는 원자예요. 가운데 세로선을 지나가는 전자 수를 세면 그것이 곧 전류입니다. 손잡이를 움직여 보세요.
🎛️ 도선 바꾸기
- 📏 길게 했더니 — 전자가 더 느리게 나아가고, 1초에 지나가는 전자 수가 줄었다.
- ⭕ 굵게 했더니 — 전자의 빠르기는 그대로인데, 한꺼번에 지나가는 전자 수가 늘었다.
- 둘 다 전자가 부딪히는 것은 똑같은데, 줄어드는 방식이 서로 달랐다.
📏 길이 — 밀어 주는 힘이 긴 구간에 나뉜다
전지가 만드는 같은 전압을 더 긴 구간에 나눠 걸어야 하니, 전자를 앞으로 미는 힘이 구간마다 약해집니다. 게다가 헤치고 지나가야 할 원자 구간도 그만큼 길어져요. 그래서 전자가 더 느리게 흐르고, 한 지점을 지나가는 전자 수가 줄어듭니다 → 저항이 커진 것입니다.
⭕ 굵기 — 한 번에 지나갈 수 있는 전자가 늘어난다
굵어져도 전자 하나하나의 빠르기는 그대로입니다. 대신 통로의 단면이 넓어져 같은 시간에 지나갈 수 있는 전자 수가 늘어나요. 그래서 전류가 커집니다 → 저항이 작아진 것이죠. 넓은 문으로 사람이 한꺼번에 더 많이 빠져나가는 것과 같습니다.
저항은 전자가 지나가기 어려운 정도다.
📏 길수록 — 밀어 주는 힘이 나뉘고 헤쳐 갈 구간도 길어져 저항이 커진다
⭕ 굵을수록 — 한 번에 지나갈 수 있는 전자가 늘어 저항이 작아진다
🧱 재질이 다르면 — 원자가 놓인 모양이 달라 저항도 달라진다
🎚️ 전압을 크게 하면 저항도 커질까?
같은 저항체를 그대로 두고 전압만 올려 봅시다. 무엇이 변하고 무엇이 그대로인지 보세요.
전압을 올려 보세요.
| 전압 | 전류 | 저항 (= 전압 ÷ 전류) |
|---|
○ 같은 저항에서 전압이 커지면 전류가 커집니다.
전압을 올리면 전류도 함께 커지기 때문에, 전압 ÷ 전류인 저항은 그대로입니다.
저항은 도선의 재질·길이·굵기가 정하는 값이에요 — 전압을 아무리 올려도 도선을 바꾸지 않으면 저항은 그대로입니다.
🤔 잠깐 궁금! — 저항이 없으면 무조건 좋을까?
저항은 전류를 방해하는 성질이라고 배웠습니다.
그렇다면 저항은 없을수록 무조건 좋은 걸까요?
먼저 손잡이를 돌려 보세요. 전압은 그대로, 저항만 바꿉니다.
세 가지를 나란히 놓고 보면
저항이 작을수록 좋습니다. 저항이 크면 전선이 뜨거워지면서 전기 에너지를 길에서 흘려 버리게 되니까요.
저항이 있어야 합니다. 전구의 필라멘트는 저항이 크기 때문에 뜨거워지면서 빛을 냅니다. 전기난로도 같은 원리예요.
저항이 거의 없어 전류가 지나치게 흐릅니다. 전선이 뜨거워지고 전지가 망가지거나 불이 날 수 있어요. 절대 하지 마세요.
전류를 흐르게 하는 것은 전압이고, 저항은 전류의 크기를 조절하거나 전기 에너지가 빛·열로 바뀌게 하는 성질입니다.
🧪 교실에서 해 보기 — 연필로 그리는 저항
방금 시뮬레이션에서 본 길이와 굵기를 종이 위에서 확인합니다실험 이름을 누르면 준비물과 방법이 펼쳐집니다.
1연필 그림 회로
교실에서 직접
- 도화지에 10 cm 길이, 1 cm 폭의 띠를 아주 진하게 여러 번 덧칠합니다. 흑연이 종이에 두껍게 얹히도록요.
- 띠의 양 끝을 집게로 물고, 건전지와 LED를 연결합니다.
- 집게 하나를 띠를 따라 움직여 간격을 넓혔다 좁혔다 해 봅니다.
- 같은 간격에서 띠를 더 진하고 굵게 덧칠한 뒤 다시 봅니다.
👀 여기를 보세요 — 집게 간격을 넓히면 어두워지고, 띠를 덧칠하면 밝아집니다. 저항계가 있다면 숫자로도 확인해 보세요.
왜 그럴까?
간격을 넓힌다 = 전자가 지나야 할 길이 길어진다 → 저항 커짐 → 전류 줄어듦 → 어두워짐.
덧칠한다 = 흑연 층이 두꺼워진다 = 길이 넓어진다 → 저항 작아짐 → 밝아짐.
저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다 — 방금 시뮬레이션에서 슬라이더로 움직였던 그 관계를 연필로 다시 그린 겁니다.
💡잘 안 되면 연필을 눕혀 칠하세요. 그래도 안 되면 연필심 자체(샤프심 여러 개)를 회로에 물리면 확실합니다.
전기 회로에서 전류를 흐르게 하는 능력을 이라 하고, 단위는 를 사용한다.
전류의 흐름을 방해하는 정도를 이라 하고, 단위는 을 사용한다.
저항이 생기는 까닭은 전류가 흐를 때 전자가 도선 속 와 하기 때문이다.
저항의 크기는 물질의 , 물질의 , 물질의 에 따라 달라진다.
굵기가 같을 때 도선이 길수록 저항은 , 길이가 같을 때 도선이 굵을수록 저항은 .
같은 도선에 걸어 주는 전압만 크게 하면 만 커지고 저항은 .
빈칸을 그냥 눌러 답만 보면 남지 않아요. 소리 내어 답해 보고 누르세요.
스위치를 켜는 순간, 회로에서는
전기 기구가 작동한다는 것 — 불이 켜지고, 소리가 나고, 무언가 돌아간다는 것 — 은 그 안의 전기 회로에 전류가 흐르고 있다는 뜻입니다. 생활 속 장면으로 확인해 봅시다.
🔌 생활 속 전류
🤔 생각해 보기 사고력
1단계 실험에서 네온전구는 순간적으로 켜졌다가 바로 꺼졌습니다. 전지를 연결한 회로의 전구는 계속 켜져 있는데, 왜 이 실험에서는 잠깐만 켜졌을까요?
🎲 한 문제 더 사고력
같은 개념, 다른 상황입니다. 먼저 자기 문장으로 말해 보거나 공책에 쓴 뒤, 모범 답안을 여세요.
Q1. 발전소는 집에서 수십 km 떨어져 있는데, 스위치를 켜면 전등이 즉시 켜집니다. 전자가 발전소에서 우리 집까지 달려오는 데 시간이 걸릴 텐데 왜 즉시 켜질까요?
✍️ 모범 답안 보기
Q2. "전류의 방향이 전자의 이동 방향과 반대라니 불편해요. 지금이라도 약속을 바꾸면 안 돼요?"라고 묻는 친구에게, 여러분은 뭐라고 답하겠어요?
✍️ 모범 답안 보기
이 중단원의 질문은 이것입니다 — "팬이 작동할 때 전기 회로에서 어떤 일이 일어날까?"
오늘 얻은 단서는 여기까지입니다.
→ 공기 청정기의 전원을 켜면 내부의 전기 회로에 「전류」가 흘러 팬이 돌아간다.
그런데 아직 반쪽짜리 답입니다. 전류가 흐르는 것까지는 알았는데, 전류가 흐르면 왜 팬이 '돌아가는' 걸까요? 전기가 어떻게 '회전'으로 바뀌는지는 이 중단원의 마지막 차시에서 단서 ②로 밝혀집니다.
배운 것을 확인해 봅시다
점수에 들어가지 않습니다. 어디가 헷갈리는지 찾는 게 목적이에요.
준비됐나요? 5문항입니다.
수업 시간에는 필수부터 — 필수·심화는 하트가 닳지 않아요. 도전 모드는 전체 문항을 하트 3개로 달립니다.
오늘 배운 개념, 빈칸으로 확인
학습지에 적은 순서 그대로입니다. 빈칸을 눌러서 답을 확인하거나, 🎤 음성으로 답하기를 켜고 소리 내어 말하면 저절로 채워집니다.
마이크는 크롬·엣지에서만 되고 인터넷이 필요합니다. 안 되는 환경이면 빈칸 클릭만으로도 수업이 굴러갑니다.
📌말하기가 어려운 학생에게 억지로 시키지 마세요. 입력칸과 클릭이 언제나 대안입니다.
거꾸로 화살표의 사연, 그리고 전자를 찾아낸 사람
여기서부터는 교과서 밖 이야기입니다. 시험에 나오지 않아요. 외우지 말고 그냥 읽어 보세요.
🐢 스위치를 켜면 전구는 즉시 켜지는데, 전자는 얼마나 빠를까?
도선 속 전자는 세 가지 속도를 동시에 가지고 있습니다. 이 셋을 구별하지 못하면 "전자가 빛의 속도로 달려가 전구를 켠다"는 잘못된 그림이 만들어져요.
(실제 도선 기준)
· 드리프트 속도(전류) 약 0.00007 m/s — 1분에 4 mm, 한 시간에 26 cm. 걸음마보다 느려요.
· 신호 전달 속도 약 200,000,000 m/s — 빛의 3분의 2. 그래서 스위치를 켜는 순간 전구가 켜집니다.
※ 화면에서는 보이도록 드리프트를 수백만 배 과장했습니다.
도선도 똑같습니다. 전자는 이미 가득 차 있고, 스위치를 켜면 밀어 주는 신호(전기장)가 거의 빛의 속도로 퍼져 도선 모든 곳의 전자가 동시에 움직이기 시작합니다. 전구 속 전자도 즉시 움직이니 바로 켜지는 거예요.
🔑 가상 실험실이 던진 질문의 답 펼쳐 보기
「전구가 어둠을 밝히기까지」에서 답을 알려 주지 않고 남겨 둔 질문들입니다. 스스로 먼저 생각한 뒤에 펼쳐 보세요.
① 전지도 없었는데 불이 켜졌습니다. 그 순간, 무엇이 전구를 지나간 걸까요?
알루미늄 접시 윗면에 몰려 있던 전자가 네온전구를 지나 손으로 빠져나갔습니다. 이 전하의 흐름이 곧 전류이고, 전구는 그 전류 때문에 켜진 것입니다.
② 왜 계속 켜져 있지 않고 잠깐만 켜졌을까요?
전지는 전자를 계속 밀어 주지만, 이 실험에는 계속 밀어 주는 것이 없어 한 번으로 끝납니다. 그래서 전지가 필요한 거예요.
③ 문지르지도 않았는데 어떻게 몇 번이고 다시 켜질까요?
그래서 접시를 들었다 다시 놓을 때마다 같은 일이 다시 일어납니다.
④ 전구까지 분명히 이었는데 왜 켜지지 않았을까요?
전기는 전지에서 전구로 가기만 해서는 흐르지 못하고, 한 바퀴 닫힌 고리가 되어야 흐릅니다.
⑤ 그래서, 불이 켜지려면 무엇이 필요할까요?
⑴ 전하를 밀어 주는 것 — 전지(전압)
⑵ 끊긴 곳 없이 한 바퀴 이어진 길 — 회로
둘 중 하나만 없어도 불은 켜지지 않습니다.
👀 모으는 동안에는 아무 일도 없다가, 어느 순간 한꺼번에 터집니다. 그 "한꺼번에"가 오늘의 주제.
영상이 안 보이면 인터넷 연결을 확인하세요 · 유튜브에서 바로 보기 →
🧪 집에서 해 보기 — 전기는 어디에서 나오나
전지를 직접 만들어 보고, 자연이 만든 전지도 봅니다실험 이름을 누르면 준비물과 방법이 펼쳐집니다.
2레몬 전지로 LED 켜기
교실에서 직접
- 레몬 하나에 구리와 아연을 2 cm 간격으로 꽂습니다.
- 전압계로 재 보세요 — 0.9 V쯤 나옵니다. LED는 켜지지 않아요.
- 레몬 4개를 구리↔아연으로 이어 붙입니다.
- LED를 연결해 봅니다. 그리고 두 못을 모두 구리로 바꿔 꽂으면 어떻게 될까요?
👀 여기를 보세요 — 하나로는 안 켜지던 LED가 여러 개를 이으면 켜집니다. 그런데 두 금속이 같으면 전압이 0이에요.
왜 그럴까?
전기를 만드는 건 서로 다른 두 금속이에요. 아연이 전자를 내놓으려는 성질이 구리보다 강해서, 그 차이가 전압이 됩니다. 레몬즙은 이온이 오갈 수 있는 통로 역할을 할 뿐이죠.
그래서 두 못을 모두 구리로 바꾸면 아무 일도 일어나지 않습니다. 차이가 없으니까요. 이 실험의 진짜 결론은 "레몬에 전기가 들어 있다"가 아니라 "두 금속의 차이가 전기를 만든다"입니다.
💡LED는 다리 길이에 방향이 있습니다. 안 켜지면 먼저 뒤집어 보세요.
3600 V를 만드는 물고기
영상으로
👀 여기를 보세요 — 전기뱀장어는 몸으로 600 V를 만듭니다. 그런데 몸속 발전 세포 하나는 겨우 0.15 V예요.
📺 유튜브에서 찾기 — «전기뱀장어 발전 원리»왜 그럴까?
방금 레몬 전지를 여러 개 이어서 LED를 켰던 것과 똑같은 방법입니다. 자연이 먼저 쓰고 있던 방법을 우리가 따라 한 셈이죠 — 이 연결 방법의 이름은 5차시에 배웁니다.
🔀 왜 약속을 안 고쳤을까 시험 X
과학자들이 전류의 방향을 (+)극→(−)극으로 정한 것은 전자가 발견되기 훨씬 전입니다.
그때는 도선 속에서 무엇이 움직이는지 아무도 몰랐고, "(+)전기가 흐른다"고 가정하고 약속을 정했어요.
한참 뒤에 실제로 움직이는 것은 (−)전하를 띤 전자이고, 방향도 반대라는 것이 밝혀졌습니다.
하지만 약속을 뒤집지 않았어요. 어느 쪽으로 정하든 계산 결과가 똑같았고,
이미 전 세계가 그 약속으로 책을 쓰고 기계를 만들고 있었거든요.
그래서 지금도 '전류의 방향'과 '전자의 이동 방향'을 구분해서 씁니다.
🔬 전자를 찾아낸 톰슨 시험 X
1897년, 영국의 과학자 톰슨은 진공 유리관 속에서 나오는 정체불명의 빛줄기(음극선)를 연구하다가,
그것이 (−)전하를 띠고 질량을 가진 아주 작은 알갱이의 흐름이라는 것을 밝혀냈습니다.
이것이 전자의 발견이에요.
오늘 여러분이 "도선 속에서 전자가 이동한다"고 한 문장으로 말한 것을,
인류는 100여 년 전에야 처음 알게 된 셈입니다.
🎬 다시, 처음 그 장면
"풍선이 전구를 켰다 — 정확히는, 풍선에 쌓여 있던 전자가 전구를 지나갔다."
마찰로 풍선에 쌓인 전자가 알루미늄 컵과 네온전구를 타고 한꺼번에 흘렀습니다.
그 전하의 흐름이 전류이고, 전류가 흐른 순간 전구가 켜졌어요.
다만 쌓여 있던 전하가 다 흐르고 나면 끝 — 그래서 깜빡하고 꺼졌습니다.
전지는 이 '깜빡'을 '계속'으로 바꿔 주는 장치입니다.
펌프처럼 전자를 쉬지 않고 밀어 주니까요.
그럼 전지를 바꾸면 전류의 세기도 달라질까요? 니크롬선 같은 것을 끼우면요?
— 그것이 다음 차시의 질문입니다.