검전기

검전기(檢電器, 영어: Electroscope)는 물체가 대전되어 있는지, 대전되어 있다면 양(+)인지 음(-)인지를 조사하기 위한 옛날 실험 기구이다. 현대에는 교육용으로 사용되고 있다.

금속박 검전기

에이브러햄 베네트(Abraham Bennet)가 1787년에 발명하였다. 중고등학교에서 본 적이 있거나 시험 문제로 많이 보았을 검전기이다. 금속 판 아래에 ㅅ자 형태의 금속 박을 금속 막대를 통해 연결하고, 유리병에 넣은 물건이다.

대전 여부 판단하기

중성 상태 검전기의 금속판에 (+)로 대전된 막대를 가까이(닿지는 않게) 가져간다고 생각해보자. 그러면 정전기적 인력으로 인해, (-)전하를 띤 전자들이 막대에 가까이 끌려오게 된다. 아래의 금속박 역시 전자를 잃게 되는데, 그 곳에는 (+) 전하를 띠는 원자핵들이 있다. 즉, 금속박이 (+)전하를 띠게 되는 것이다. 두 금속박 모두 같은 양전하를 띠게 되어, 서로 척력(밀어내는 힘)이 작용하게 된다. 따라서, 금속박이 서로 멀어진다.

반대로, (-)전하로 대전된 막대를 가져갈 때를 생각해 볼 수가 있다. 그러면 금속판의 전자들은 막대에서 멀리 이동하게 된다. 즉, 금속박에 전자들이 모이게 되어, 금속박은 (-)전하를 띠게 되고, 마찬가지로 척력이 작용, 서로 멀어진다.

이러한 현상을 이용해서, 어떤 물체를 가까이 했을 때 금속박이 벌어지는지의 여부를 통해 그 물체의 대전 여부를 판단할 수 있다. 또한 많이 벌어지면 상대적으로 큰 전하를 띤다는 사실도 대충 알 수 있을 것이다.

+ - 판단

대전 여부는 이렇게 판단하는데, 양전하인지 음전하인지는 어떻게 알 수 있을까?

이를 위해서는 검전기를 대전시킬 필요가 있다. 우선 검전기를 음(-)으로 대전시키려면, 양(+)으로 대전된 물체를 금속판에 가까이하고 손가락을 대면 된다. 양으로 대전된 물체에 손가락의 전자들이 이끌려 검전기로 이동하게 되는데, 이때 손가락을 먼저 떼고, 대전체도 멀리하면 음전하를 띠는 전자가 검전기에 더 많게 되고, 따라서 이 검전기는 음으로 대전되었다고 할 수 있다. 심플하게는 그냥 음으로 대전된 물체를 금속판에 접촉시켜도 된다. 앞서 살펴보았듯 특정 전하가 많으면 금속박이 벌어지므로, 이렇게 대전시킨 검전기의 금속박 간격은 넓어진다.

음으로 대전된 검전기의 금속판에 양으로 대전된 막대를 가까이 가져가면, 검전기 전체적으로 과잉된 전자들이 막대쪽으로 움직이게 된다. 이것은 금속박 쪽도 마찬가지이므로, 금속박의 음전하 대전이 약해지게 되고, 서로간의 척력 또한 약해져서 금속박의 간격이 좁아진다. 반대로, 음으로 대전된 검전기에 음으로 대전된 막대를 가져가게 되면, 금속판에 있던 전자들이 금속박 쪽으로 이동해서 간격이 더욱 벌어지게 되는 것이다.

반대로 검전기를 양으로 대전시켜도 되는데, 이때는 음으로 대전된 물체를 금속판에 가까이하고 손가락을 대면 된다. 음으로 대전된 물체에 의해 전자가 손가락으로 밀려나게 되고, 이때 손가락을 뗀 뒤 물체를 멀리 하면 전체적으로 양으로 대전된다. 이때 금속박이 벌어진다.

양으로 대전된 검전기의 금속판에 양으로 대전된 막대를 가져가면 금속박에 안 그래도 얼마 없는 전자가 금속판 쪽으로 이동하게 되고, 금속박끼리의 척력은 더 강해져 더 많이 벌어진다. 반대로 음으로 대전된 막대를 가져가면 금속판의 전자가 금속박 쪽으로 밀려나고, 금속박의 척력은 약해져 간격이 좁아지게 된다.

이 과정 역시 더 큰 전하를 띠는 물체를 가까이하면 변화가 더 클 것을 예상할 수 있다.

이러한 과정을 통해 어떤 물체가 대전되어 있는지, 되어 있다면 양인지 음인지, 또 그 크기가 상대적으로 큰지 작은지를 모두 알아낼 수 있다.