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1. 개요
電 氣 / Electricity전하와 관련된 현상의 총체.
2. 원리
자기 현상과 직접적인 상관이 있어 전자기력으로 묶인다. 전하가 흐르는 것을 전류, 단위 전하가 받는 퍼텐셜[2]의 차이를 전위차, 또는 전압이라고 한다. 자기와 같이 이 성질을 공부하는 물리학의 학문을 전자기학이라고 한다.과학자 마이클 패러데이가 오늘날 전기 모터의 전 단계인 '전자기 회전 장치'를 만들면서 비로소 일상에서 전기 에너지를 활용하는 것이 가능해졌다.
3. 어형
전기라는 명칭은 기원전 600년경 그리스의 철학자였던 탈레스가 양털에 문지른 호박(琥珀)이 가벼운 종이나 털 등을 끌어당기는 현상을 발견하고, 이를 '마찰 전기'라 이름 붙인 것에서 유래하였다.조금 더 자세히 설명을 덧붙이자면 탈레스가 이런 현상을 발견한 후, 16세기의 자기와 전기에 관해 체계적인 연구를 하였던 영국의 윌리엄 길버트(William Gilbert)가 처음으로 'electricity'라는 낱말을 사용했다. 호박은 고전 그리스어로 '엘렉트론(ἤλεκτρον)'[3]이라고 하는데, 털에 문지른 호박이 가벼운 종이나 털 등을 끌어당기는 힘을 호박력(琥珀力)이라는 의미에서 electricity라고 불렀다. 그리하여 오늘날 구미권에서는 대부분의 언어에서 전기를 electricity에서 유래한 단어로 칭해진다.
동아시아에서 쓰이는 전기(電氣)라는 용어는 '번개의 힘'이라는 뜻으로 중국에서 electricity를 번역한 게 정착하였다고 알려져 있다. 출처(일본어)
4. 용도
컴퓨터나 냉장고, 텔레비전과 같은 가전제품들과 길거리의 수많은 가로등에도 공급된다. 현대의 본격적인 도구에서 전기가 사용되지 않는 분야는 거의 없다. 그래서 현대 사회에서 없어서는 안 될 중요한 것이며, 근대 문명을 상징하는 것 중 하나이기도 하다. 공장에서도 매우 중요하다. 쇠를 녹이거나 특히 알루미늄을 제련하기 위해서는 많은 전력이 필요하다. 또한 석재나 목재, 금속등을 가공할 때 수공구를 쓰기에는 힘들어서 전동공구를 사용할 때도 전기가 필요하고 컨베이어벨트, 화물용승강기 같은 화물운송수단도 전기가 필요하다.생물에게 아주 중요하며 모든 감각, 소화나 사고, 감정, 번식 등 생명 활동의 원천이다. 내부에서 전기적 작용이 끊임없이 벌어지고 있기 때문.
이렇게 많이 연구되고 사용되고 있음에도 사실 대부분의 다른 과학분야들이 그렇듯, 인류의 전기에 대한 이해와 응용 능력은 생각보다 상당히 낙후된 상황이다. 그럼에도 현생 인류가 그 낙후된 기술에 맞춰서 생활 패턴을 설정한 덕분에 불편함이 와닿지 않을 뿐이다. 가령 전기를 저장하는 배터리만 해도, 실상은 효율성이 굉장히 나쁜 물건이지만 단지 더 훌륭한 방법이 없기 때문에 사용되고 있을 뿐이다.[4] 가장 훌륭한 전기 에너지인 번개를 가공하거나 저장할 수단이 없어서 피뢰침을 통해 땅으로 흘려보내는게 고작임을 보면 알 수 있다. 사실 인류가 직접 생산하고 제어하는 전기조차 뜻하는대로 제대로 제어하는 방법이 없어서, 각종 안전장치들을 덕지덕지 바르고, 그게 안 되면 안전규범으로 대신하는 형국임에도 여전히 전기 관련 사고가 터지는 걸 보면 알 수 있듯, 인류의 전기 응용 능력이 웬만한 수준으로 올라서려면 갈 길이 아주 멀다.
5. 위험성
전기로 인한 감전 사고가 날 수 있으며 전기로 인한 화재도 발생할 수 있다.5.1. 감전 사고
감전 사고에서 중요한건 전압이 아니라 전류다. 인간의 몸은 기본적으로 전해질이기 때문에 높은 전류가 흐르는 곳이라면 감전당하기 쉽다. 정전기가 그 예시로, 정전기의 전압은 수천~수만V에 달하지만 전류량이 적어서[5] 사망으로 가기는 어려운 반면, 감전사고의 경우 수백V 미만의 상대적으로 낮은 전압에서도 전류랑이 많아서 인체에 치명적인 영향을 미치게 된다.[6] 하지만 전류가 많아도 전압이 너무 낮다면 전류가 수백이든 수천 암페어든 피부의 신체저항에 의해 막힌다. V=IR을 생각해보자. 일례로 자동차 배터리는 수백 암페어의 엄청난 전류가 흐를 수 있는데 정작 양손으로 잡고 있어도 별 느낌이 없다.[7] 하지만 전선같이 낮은 저항의 금속으로 양 단자를 합선시킨다면 그 금속이 엄청난 전류로 인해 순식간에 폭발할 것이다.그러니까 피부저항을 뚫고 '몸속을 통과하는 전류'가 중요하다. 단순히 방출되는 전류가 크다고 위험하지는 않다. 전압보다 전류가 더 위험하다는 주장이 연령층이 어린 SNS나 유튜브 등지에서 와전되어 퍼지고 있는데, 실은 정전기를 제외하고 전압이 크기만 해도 무조건 위험하다. 전압이 높아질수록 피부저항을 뚫고 장기를 가로지르는 전류 또한 선형적으로 증가하기 때문이다.
전기 감전에 인한 사망의 일반적인 전류 기준은 50mA이며 전기가오리는 50mA~60mA를 낼 수 있기 때문에 함부로 접근해서는 안 된다. 역으로 이걸 이용해 상대를 고문하는 데 쓰기도 한다. 특히 번개는 1억~10억 볼트에 이르는 고전압이라 심하면 즉사할 수도 있다. 당연히 전류도 수천 암페어가 넘기 때문에 전자기기는 다 태워버린다.
5.2. 화재 사고
전기는 화재의 원인이기도 하다. 전선피복이 열화될 경우 누전, 합선이 발생할 수 있고 지나친 전열기 사용으로 인한 과부하로 인해 화재가 발생할 수 있다.사실 이것말고도 정전기나 번개,과전압등 전기화재의 원인은 여러가지가 있다.전기화재 시에는 절대로 물로 끄려고 하면 안 된다. 물은 전기가 잘통하는 전도체이므로[8] 감전 사고가 나거나 전기가 더 잘 통해서 불이 더 크게 날 뿐만 아니라, 전기분해 등으로 조연성, 발화성 기체가 발생하기 때문이다. 그러므로 전기화재는 모래나 분말/co2소화기로 꺼야한다. 그리고 전기화재 시에는 무엇보다 전기 공급을 차단하는 게 우선이다.
6. 직업과 관련 자격증
전기와 관련된 직종은 설치, 조립, 납땜 등의 단순기술부터, 설계, 제어 등의 고급기술을 요구하는 것까지 무궁무진해서 일자리 수요가 매우 많으며, 특히 전기기사 자격증을 따 놓으면 여러 곳에서 러브콜이 들어오지만 그런 것에 비하면 한국 내 대우는 낮은 편이다. 그런 반면 미국, 영국, 프랑스, 독일, 캐나다, 호주, 일본에서는 중요도가 높기에 이 직업이 좋은 대우를 받고 있다. 원인은 간단한데 한국에서는 전기 직종이 공급과잉 상태라서 대우가 소홀할 수 밖에 없는[9] 반면 해외에서는 공급이 항상 요구되는[10] 직종이기 때문이다.전기 관련 직종은 크게 두 부류로 나누어서 관리와 공사 계열로 나뉜다. 우선 관리는 전기의 특성상 극소수의 시설을 제외하고는 24시간동안 절대 끊어지면 안 되는 경우가 대부분이기 때문에 자연스럽게 장시간 근무가 필수적이다. 가령 냉장고의 경우는 냉장고가 가동되지 않으면 안에 보관된 식품들이 부패하게 되므로 냉장고가 존재하는 설비는 무조건 24시간 가동되어야만 한다. 하다못해 음식과는 별 연관이 없는 업종일지라도 여하튼 필요에 따라 냉장고를 도입하는 순간(예: 각종 과일이나 음료를 보관할 목적으로 사무실에서 냉장고를 탕비실에 도입하는 경우 등) 전기는 그 시설에 24시간 흘러들어가야 하기 때문에 그 전기를 관리할 관리자가 24시간 상주해야만 한다. 물론 관리자도 사람이니만큼 쉼 없이 지속적으로 근무하는것은 절대로 불가능하기 때문에 교대근무를 하는 것이 일반적이다.
오히려 시설 관리가 아니라 공사 같은 현장업무로 간다면 그럴 필요 없이 일반 직장인들처럼 정시 근무가 가능해진다. 그 대신 현장 업무는 노동 자체가 빡세기 때문에 말 그대로 괴로워서 죽어나갈 가능성이 매우 높다. 물론 위험한 만큼 수당은 관리직에 비해 매우 높다. 수당만 놓고 보면 하루만 일해도 대기업 간부급 급여를 받을 수 있다. 물론 그만큼 일이 험하기 때문에 주는 것이므로 절대로 공돈 주는 건 아니다.
이하는 관련 자격증들 일람.
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7. 생산
흔히 발전소에서 석탄, 석유, 우라늄 등과 같은 자원들을 이용해서 만들기도 하며 수력, 풍력을 이용해 만들기도 한다.그렇게 만들어진 전기는 저장하기가 쉽지 않다. 장난감에 쓰이는 건전지나 휴대폰의 리튬 이온 배터리를 많이 접하다 보니 저장하기 쉬울 거라 생각하기 쉽지만, 충전하거나 사용하기 위해 화학반응을 이용하기 때문에 에너지 손실이 일어난다. 또한 사용 횟수가 많아지고 시간이 지날수록 충전 최대용량이 줄어들면서 결국 방전이 된다. 버려지는 전기를 아끼려는 국가와 비상 시에도 전기가 꼭 필요한 병원 같은 시설을 위한 대용량의 에너지 저장 장치는 엄청 비싸고 생각보다 저장용량이 크지 않다.
가만히 놔두면 흩어져서 없어져 버리므로 발전소에서는 전기 사용량이 확 줄어드는 심야 시간대에 전기 생산량을 줄이려 하지만 그게 쉽지 않다. 발전소의 발전기는 우리 주변의 가전제품처럼, 스위치 내리면 바로 꺼지고, 스위치 올리면 바로 켜지는 물건이 아니다.
원자력 발전소는 원자로에 연료를 주입한 후 가동을 시작하면 긴급 사유가 아닌 이상 발전 설비를 중단할 수 없다. 화력 발전소도 만가동 중인 발전기를 완전히 중단하는 데 6시간 이상 소요된다. 다시 가동하는 것도 상당한 시간이 걸린다. 원자력 발전소의 경우에는 수년 주기로 연료를 주입하는 데 주입 후 최대 출력까지 약 2개월 가량이 소요되고[11] 화력 발전소의 경우에는 초기 가동에서부터 최대 출력까지 3~7일 정도가 걸린다.
그런데 사람은 낮에 일을 하고 밤에 잠을 자기 때문에, 낮과 밤의 전기 사용량이 엄청나게 차이가 난다. 낮에만 발전소를 가동하고 밤에는 발전소도 쉬면 좋겠지만, 앞 문단에서 설명했듯 그런 게 가능한 발전소는 없다. 그러면 밤에 생산한 전기를 저장해뒀다가 낮에 쓰면 좋겠지만, 역시 앞에서 설명했듯이 전기에너지는 저장하기 쉬운 에너지가 아니다. 결국 밤에 생산되어 남아도는 전기는 쓰일 곳을 찾지 못해 그냥 버릴 수밖에 없는데 너무 아까우니까 어떻게든 쓸 곳을 찾아보려고 생각해 낸 방법 중 하나가 펌프를 가동해 수력 발전소 하류의 물을 다시 위쪽으로 퍼올리는 것. 물론 이것도 효율이 안 좋긴 하지만, 어차피 버릴 수밖에 없는 전기이기에 이렇게라도 쓰는 거다. 화력 발전소는 그나마 연료의 연소량을 줄여서 출력을 줄일 수 있기 때문에 시간대에 맞게 출력량을 탄력적으로 운영하고 있다. 하지만 원자력 발전소는 한 번 연료를 주입하면 출력량을 조정할 수 없기 때문에 시간대에 맞게 출력량을 조정하는 것이 불가능하다. 이 때문에 수요가 적은 경부하시간대(밤 23시~오전 9시)의 전기를 다른 시간대의 절반가격으로 공급하여 수요를 분산시키려고 하는 것이다. 주택이나 아파트에 공급되는 주택용 전력의 경우 해당하지 않는다.
한국에서는 한국전력공사(韓國電力公社, KEPCO)는 대한민국 산업통상자원부 산하 시장형 공기업으로서 흔히 줄여서 한전 또는 한국전력으로 불리며, 송전, 변전, 배전 및 전기의 판매를 담당하고 있다. 전기의 생산은 2001년 6개로 분리된 한국수력원자력(주), 한국동서발전(주), 한국남동발전(주), 한국서부발전(주), 한국남부발전(주), 한국중부발전(주) 등 발전 자회사가 담당하고 있다.
한국전력공사의 발전자회사 외에도 한국수자원공사와 같은 공기업이나 GS파워[12]와 같은 민간발전사가 있다. 최근 풍력같은 신재생에너지에 의한 분산형전원이 증가하여 발전사는 더 늘어나고 있다. 그리고 한국전력공사만 송전, 변전, 배전 및 전기의 판매를 담당하고 있는 것은 아니다. 일부 지역 단위로 구역전기사업자가 송/변/배전 및 판매를 하고 있다.
주로 전봇대를 통해 전선을 설치해 유통시키는데, 종종 전선 절도범이 전봇대에 올라가 전선을 자르는 일이 일어나기도 한다. 최근 구리 대신 알루미늄 전선을 자주 쓰는 원인들 중 하나이기도 하다. 구리보다 전기 전도성은 떨어지지만, 대신 알루미늄은 가격이 구리보다는 저렴하기 때문이다.
알루미늄 전선을 이용하는 또 한 가지 이유는 송전탑의 전선만 봐도 알 수 있다. 송전탑에 몇 백미터씩 늘어진 전선은 보기보다 무게가 굉장히 많이 나간다. 전도성보다 무게를 줄이는 것이 더 중요하기 때문에 알루미늄 전선을 사용한다.
8. 전압
9. 자연 전기
9.1. 생체전기
모든 생명체는 체내에 미세한 전류가 흐르고 있으며, 이를 통해 신경과 근육을 작동시킨다. 전기뱀장어 등 일부 생명체는 이외에도 방어용 수단으로 고전압의 생체전기를 발전해낼 수 있다. 마찬가지로 인류가 처음으로 발견한 전기기도 한데 그 기록은 기원전 2750년의 이집트에서 전기메기에게 사람이 감전되었다는 기록이다. 이후 15세기 아랍인이 번개는 혹시 전기가 아닐까? 라는 발상을 내놓을 때까지 전기 관련 기록은 없다.사람의 몸 속에서 전기가 흐르는 점을 착안해 만든 영화가 매트릭스 시리즈이다. 로봇들이 태양이나 원자력 같은 일반적인 방법으로는 에너지원인 전기를 얻을 수가 없자 인간을 배터리처럼 만들어 대규모 발전기를 만든 것.
9.2. 번개
10. 관련 문서
- 감전
- 단자
- 단자/전원: 플러그와 소켓에 대한 설명이 있다.
- 대전
- 두꺼비집
- 멀티미터
- 멀티탭
- 발전소
- 변압기
- 생체전기
- 서킷브레이커(차단기)
- 스위치
- 압전기
- 와전류
- 전기자동차
- 전류
- 전신주(전봇대)
- 전선
- 전기 퍼텐셜
- 전압
- 전자제품
- 전지(장치)
- 전하
- 접지
- 정전기
- 전동기
- 지중화구간
- 축전기
- 인덕터
- UFR
11. 창작물에서의 전기
[1]
사실 전기 자체는 눈에 보이지 않는다. 전자 사이의 에너지 교환이기 때문이다. 저렇게 보이는 것은 빛에너지로 변환된 것이다. 그러나 자연 상태에서 가장 잘 볼 수 있는 전기 현상은
번개이고, 전기를 띠는 물질 상태인 플라스마 역시 저런 형태를 띠기 때문에, "전기"라고 하면 대체로 저런 형태를 떠올리게 된다.
[2]
퍼텐셜 에너지 [math(U)]는 [math(U=\int_a ^b Fds)] 로 구한다.
[3]
현대
그리스어로 호박은 '케흐리바리(Κεχριμπάρι)'라고 한다. 호박의
튀르키예어 단어인 케흐리바르(Kehribar)에서 유래한 단어인데, 수백 년간
오스만 제국의 지배를 받는 바람에 그 영향으로 튀르키예어 단어가 그리스어 단어를 대체하였다.
[4]
현생 인류의 전기 저장 방식 중 가장 효율적인 건 그냥 전선에 꽂아다 쓰는 방법이다. 물론 이렇게 되면 휴대성을 상실하게 되니 결국 타협해서 효율성 나쁜 배터리를 채용하는 것일 뿐이다. 만약 효율성 높은 배터리를 개발하는 데 성공한다면, 현 인류가 사용하는 전자기기들은 무게와 가격 모두 현재 수준의 절반 이하급으로 미친듯이 하락할 수 있다. 그만큼 배터리라는 물건이
가성비가 엄청 나쁜 것이다. 그런 배터리가 개발된 먼 미래에는 아마 학교 교과서에 "옛날에는 전기 기술이 지금처럼 발달하지 않아 효율성 나쁜 배터리를 사용했었다"며 언급될 가능성이 크다.
[5]
다만 이는 논란의 여지가 있다. 해외 논문에 정전기의 전류가 1~2A에 달하지만 워낙 시간이 짧아 전하량이 적기 때문에 에너지가 적어 영향을 못준다고 서술되어 있다. 실제로 반도체는 약간의 정전기로도 다 타버린다.
[6]
물론 치명적인 수백 V미만의 기준이 약 100V 이상의 수준이다. 법적으로는 30V 이상을 위험한 것으로 규정.
[7]
건조한 환경에서 인간의 신체저항은 50kΩ에 달한다. 물론 이건 배터리의 전기가 새어나가지 않도록 설계한 덕분도 있다.
[8]
순수한 물은 전도체가 아니다. 가령 증류수에 전극을 넣는다 해도 전기는 흐르지 않는다. 그러나 외부의 먼지가 유입되면 전기 전도도가 급증한다.
[9]
가령 기술자 양성 코스를 제공하는 학원들 중 몇몇 학원들은 국가로부터 국비지원금을 받곤 하는데, 전기 계열 학원들은 국비지원을 아예 못받거나 받아도 조금밖에 못받는 상황이다.
[10]
한국은 다주택이 많기 때문에 관리자 한두 명이 수십, 수백 세대를 동시에 관리하는 것이 가능하기 때문에 전기관리자가 공급 과잉이 된 것이지만, 외국은 단독주택이 많기 때문에, 관리자 대여섯명이 십수세대 정도나 관리하는 경우가 대부분이다. 실제로 일본은 70%가 미국은 90%가 단독주택에 살기에 이들의 몸값이 치솟고 있다
[11]
특히 원자력 발전소 같은 경우는 연료 교체 주기에 맞추어서 설비 점검을 진행하기 때문에 중단 기간은 더 길어진다.
[12]
2000년 6월경 한국전력 부천, 안양 열병합발전소와
한국지역난방공사 부천, 안양지사 민영화 정책에 따라 설립한 기업. 민영화 당시에는 LG파워.