기원전 600년 탈레스가 전기에 이름을 붙여줬을 때 그가 인식한 전기는 정전기(靜電氣, static electricity)였습니다. 정전기는 멈춰있다가 어떤 조건을 만족할 때 흐르는 전기입니다. 일상에서 만날 수 있는 기분 나쁜 정전기는 엄청난 전압을 가지고 있지만, 짧은 시간 동안 방전되기 때문에 사람을 다치게 하지는 않죠. 안 그랬다면 지구에는 생명이 없었을 것입니다.
1800년 볼타(Volta)는 최초의 건전지를 만듭니다. 건전지는 지속적으로 전기를 발생시키는 장치였습니다. 이건 마치 우물밖에 없던 동네에 수도가 들어온 것처럼 혁명적인 사건이었습니다. 이때부터 인류는 흐르는 전기를 사용할 수 있게 된 것입니다. 이렇게 흐르는 전기를 동전기라고 합니다만, 보통 우리가 이야기하는 전기는 동전기이기 때문에 동전기라는 말을 듣기가 어렵죠. 하지만 건전지는 전기의 양이 크지 않았고, 언젠가는 방전되는 유한한 전기 발생 장치였습니다.
1830년대에 마이클 페러데이가 전자기 유도현상을 이용해서 발전기를 발명하면서 인류는 전기를 마음대로 생산할 수 있게 되었습니다. 운동에너지를 전기 에너지로 바꿀 수 있는 방법을 찾아낸 것이죠. 패러데이는 그가 이룬 업적의 가치를 분명히 인식하고 있었지만, 특허를 걸지 않았습니다. 그가 없었다면 현대문명은 늦게, 비싸게 시작되었을 것입니다.
발전기는 아래와 같은 원리로 전기를 생산합니다.
가운데 자석이 회전하면 그 주변에 있는 전선에 전기가 생겨납니다. 가운데 자석이 회전함에 따라서 주변에 만들어지는 전기의 방향이 달라집니다. 전류의 방향도 +, -가 교대로 변경됩니다. 이런 특성을 가진 전기를 교류라고 합니다. 한자로는 交(오고가다 교)流(흐를 류), 영어로는 Alternating Current 줄여서 AC라고 합니다.
건전지를 통해서 만들어진 전기는 직류입니다. 건전지는 화학적 반응을 통해서 일정한 전압으로 전류를 만들어 냅니다. +와 -라는 극성도 고정되어 있습니다. 이런 전기를 직류라고 합니다. 한자로는 直(곧을 직)流(흐를 류), 영어로는 Direct Current 줄여서 DC라고 합니다.
아래 그림은 전원 어댑터에 표시된 정보입니다. AC와 DC의 의미가 무엇인지 알겠죠? 즉 이 제품은 AC를 DC로 바꿔주는 역할을 한다는 뜻입니다.
전압비교
직류와 교류의 성격을 조금 더 자세히 비교해봅시다. 교류와 직류의 전압은 아래처럼 다릅니다.
직류는 전압이 일정합니다. 반대로 교류는 계속 바뀝니다.
위의 그림을 보시면 50-60Hz가 보이죠? Hz는 헤르츠(hertz)라고 합니다. 60Hz는 1초에 60번 진동한다는 것입니다. 한국에선 발전소에서 생산되는 전기가 60Hz입니다. 바로 이런 이유 때문에 교류 전기에 감전되면 몸이 심하게 떨리는 것입니다. 전압이 계속 달라지거든요. 특히 교류가 위험한 이유가 전류의 방향이 계속 바뀌기 때문에 몸이 전기가 흐르는 물체에 달라 붙어서 떨어지지 않기 때문입니다. 반면에 직류는 충격으로 튕겨 나갑니다. 만약 감전된 사람을 발견한다면 그 사람을 손으로 만지면 절대 안됩니다. 자신도 감전될 수 있기 때문입니다. 전원을 차단하거나, 전기가 흐르지 않는 물체를 이용해야 합니다.
전류비교
전류의 방향도 아래처럼 다릅니다.
이미지 검색을 통해서 더 좋은 그림을 찾아봅시다.
직류는 한 방향으로만 전류가 흐릅니다. 반면 교류는 전류의 방향이 계속 바뀝니다. 전류의 방향이 바뀔 때마다 전압도 달라집니다.
바로 이런 이유 때문에 직류는 극성이 있고, 교류는 극성이 없습니다.
직류 전기인 건전지를 보면 +와 -가 다르죠? 전류가 흐르는 방향이 극성입니다. 직류 전원인 건전지를 거꾸로 삽입하면 동작하지 않는 것은 극성을 맞추지 않았기 때문입니다.
이와 대조적으로 교류의 경우 극성이 없습니다.
교류 전원에 연결하는 플러그를 보면 핀이 두 개죠. 어떤 방향으로 연결해도 잘 동작합니다. 왜냐하면 전류의 방향이 계속 변경되기 때문에 극성을 맞출 필요가 없는 것이죠.
두 가지 방식에 대해서 정리하면 이렇습니다.
교류는 전기를 생산하고 전송하는 데 유리합니다. 그래서 집이나 사무실까지 들어오는 전기를 교류를 사용합니다. 반면에 직류는 전기의 특성이 균일해서 정교한 동작이 중요한 전자제품에 많이 사용됩니다.
인류는 교류와 직류의 장점을 모두 가진 전기를 만들지 못하고 있습니다. 그렇기 때문에 우선 교류로 멀리까지 전기를 전송하고, 직류가 필요할 때는 전원어댑터를 이용하고 있습니다. 즉 교류와 직류를 절충함으로서 결과적으로 두개의 장점만을 가진 환상적인 전기를 만들어서 사용하고 있는 것입니다. 대단한 성취입니다.
