전기의 역사는 인류의 진보와 밀접히 연결됩니다. 초기 발견부터 현대 기술의 중심으로, 전기는 우리 삶을 변화시키고 지속 가능한 미래를 모색하는 핵심 요소로 자리잡고 있습니다.
1. 고대 그리스의 전기 현상 인식
BC600년, 고대 그리스 철학자 탈레스는 호박과 자석의 특성을 연구했습니다. 호박(일렉트론)을 문지르면 작은 물체를 끌어당기는 정전기 현상을 관찰했고, 자철광(마그네타이트)이 철을 끌어당기는 자력 현상을 발견했습니다. 탈레스는 이러한 힘을 영혼이나 생명력 때문이라 생각했으나, 이는 전기와 자기의 초기 연구였습니다. 이러한 연구는 윌리엄 길버트 같은 후대 과학자들이 더 발전된 전기와 자기 이론을 개발하는 데 기초가 되었습니다. 길버트는 전기적 현상이 여러 물질에서 발생함을 밝혀내며 전자기학의 기초를 다졌습니다.
2. 전기의 과학적 발견 (17세기 - 18세기)
윌리엄 길버트와 전기학의 탄생
지구가 거대한 자석임을 확인 한 길버트는 자극을 N극, S극 이라고 명명하고 이를 증명하기 위해 지구 모양의 자석을 만들어 지구 위에 있는 나침반이 남북을 가리키는 것을 보이기도 했습니다. 그는 나침반의 N극 바늘이 수평보다 약간 아래를 가리키는 것을 알아내고, 지구가 자석이기 때문에 지침이 땅 속을 가리키는 것이라고 했습니다.
벤자민 프랭클린과 번개 실험
1752년 벤자민 프랭클린은 번개가 전기의 한 형태임을 증명하기 위해 유명한 '연(kite)' 실험을 진행했습니다. 그는 뇌우 동안 연에 작은 금속 열쇠를 메달아 하늘로 날렸고, 연에 번개가 치자 열쇠에서 불꽃이 튀는 것을 보여주었습니다.
이 실험을 통해 번개가 전기적 성질을 가진다는 것을 입증했으며, 이후 전기과학 발전에 높은 기여를 했습니다. 프랭클린의 이 연구는 피뢰침의 발명으로 이어졌고 건물과 사람들을 번개로부터 보호하는 중요한 기술적 발전를 이뤄냈습니다.
3. 전기의 이론적 발전 (19세기)
알렉산더 볼타와 전지의 발명
1800년 볼타는 세계 최초의 전지인 '볼타 전지'를 발명했습니다. 그는 서로 다른 금속판(아연과 구리)을 소금물에 적신 종이나 천으로 분리하여 쌓아올린 형태의 전지로, 지속적으로 전류를 생산할 수 있음을 발견했습니다. 전지를 쌓아올린 것이라고 해서 ‘전퇴(electric -pile)’라고 부릅니다.전퇴는 전기를 계속 흘릴 수 있는 것이기 때문에 인류가 정전기의 수준 에서 벗어나서 흐르는 전기를 이용할 수 있게 되는 첫걸음이 된 중요한 발명이라고 할 수 있습 니다. 즉 ‘전류’를 발명한 것입니다. 그의 업적으로 인해 전압의 단위인 '볼트[V, Volt]'가 그의 이름을 따서 명명되었습니다.
앙드레 마리 앙페르와 전류 이론
앙드레 마리 앙페르는 1820년대에 전류 이론을 확립한 프랑스 과학자입니다. 그는 전류가 흐르는 도선 사이에 작용하는 힘을 연구하여 앙페르 법칙을 제안했습니다. 이 법칙은 두 전류 사이의 자기적 상호작용을 설명하며, 전자기학의 기초를 형성합니다. 앙페르는 전류의 방향과 크기를 결정하는 방법을 개발하고, 전류의 단위인 '암페어(Ampere)'가 그의 이름을 따서 명명되었습니다. 그의 연구는 전기 회로 이론과 전자기 기술의 발전에 큰 기여를 했습니다.
조지 사이몬 옴의 옴의 법칙
옴의 법칙은 전기 회로에서 전류, 전압, 저항 사이의 관계를 설명하는 기본 법칙입니다. 독일 과학자 조지 사이몬 옴이 1827년에 발표했으며, 수식은 V = IR으로 니다. 이 법칙은 전기 회로에서 전류가 저항을 통해 흐를 때 발생하는 전압을 정량화합니다.
저항은 물질의 특성에 따라 달라지며, 단위는 옴(Ω)으로 측정됩니다. 옴의 법칙은 전자공학과 회로 설계에서 중요한 원칙으로, 전기적 장치의 동작과 효율성을 평가하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
마이클 패러데이와 전자기 유도 법칙
19세기 영국의 과학자 마이클 패러데이는, 전자기학과 전자기 현상의 기초를 다룬 중요한 인물입니다. 그는 전자기 유도 법칙을 발견했으며,이 법칙에 따르면, 변화하는 자기장은 인접한 회로나 코일 내에서 전기를 유도할 수 있습니다. 패러데이는 자기장의 변화가 전류를 유도하는 원리를 실험을 통해 입증했으며, 이는 전기 변압기와 발전기의 기본 개념을 제시했습니다.
이것을 패러데이는 전자기유도 법칙(inducation law)이라고 합니다.
제임스 클럭 맥스웰과 전자기장 이론
제임스 클럭 맥스웰은 19세기 스코틀랜드의 과학자로, 전자기장 이론을 형성하였습니다. 그의 주요 기여 중 하나는 전자기장 방정식을 정리하여 전기와 자기의 상호작용을 수학적으로 설명한 것입니다. 맥스웰은 전기장과 자기장이 상호작용하며 전파를 형성한다는 아이디어를 발전시켰고, 이는 후에 빛과 같은 전자기파의 존재를 예측하는 데 이어졌습니다. 그의 이론은 전자기학과 광학의 발전에 지대한 영향을 미쳤으며, 전자기장 이론은 현대 물리학의 중요한 기초 이론 중 하나로 자리잡았습니다. 맥스웰의 작업은 전자기파의 존재를 증명하는 실험적 발견으로 이어져, 이는 뒤이어 무선 통신과 광섬유 통신 등 현대 기술의 발전에 중요한 역할을 했습니다.