[지식의 창] 벤저민 프랭클린의 발명품 ‘피뢰침’, 과연 그 원리는?

[시선뉴스]

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벼락을 도중에 차단해 그 전류를 지하로 전송시킴으로써 벼락의 피해를 보호하는 금속 막대가 있습니다. 벼락은 인근의 가장 높은 물체에 떨어지는 경향이 있기 때문에 이 막대는 구조물의 정점에 위치하게 되고, 저항이 작은 전선을 통해 땅속 접지부와 연결됩니다. 네, 바로 ‘피뢰침’인데요. 오늘은 벼락으로부터 구조물을 보호하는 피뢰침의 원리에 대해 알아보겠습니다.

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피뢰침의 원리는 미국의 정치가이자 발명가인 벤저민 프랭클린이 발견했습니다. 벤저민 프랭클린이 연으로 실험을 하면서 벼락이 높은 곳에 먼저 떨어지며, 그 전류를 흐르게 할 수 있다는 것을 알아내고 피뢰침을 발명한 것이죠. 피뢰침에 벼락이 떨어지면 피뢰침과 연결된 선에 의해 지상으로 전기가 분산되어 건물에 가는 피해가 줄어드는 원리로 작동합니다. 한마디로 말하면 피뢰침이 벼락을 대신 맞아주는 것입니다.

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이 피뢰침은 구리줄이나 철사를 통하여 땅속의 구리판과 연결되어 있습니다. 공중에서 생기는 전기가 피뢰침 가까이 오면, 그 주위의 다른 어떤 물체보다도 피뢰침에 전기가 많이 모여 있기 때문에 공중의 전기는 피뢰침 끝으로 몰리게 되죠. 그래서 피뢰침을 통하여 땅속의 구리판으로 간 다음, 땅속으로 흘러가 버리죠.

그래서 높은 건물에 피뢰침을 달게 되면, 엄청나게 많은 양의 전기가 한꺼번에 방전하여 벼락이 떨어질 때도 대부분의 전기가 피뢰침을 통해 땅속으로 흘러들기 때문에 피해를 막을 수 있습니다.

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피뢰침이 뾰족한 것은 바로 전기의 특성 때문입니다. 전기의 특성상 뾰족한 곳에는 유도 전하가 더 많이 모이게 되는데요. 피뢰침 끝의 전하는 반대 극성의 전하를 띤 구름 쪽으로 끌려가게 되는데 이러한 작용은 구름과 땅 사이의 전압 차를 줄여줍니다. 즉, 벼락이 치는데 필요한 전압 차까지 높아지지 않도록 하는 역할을 하는 것이죠. 그래서 피뢰침은 주변보다 전하가 많이 분포되어 있고 구름에서 가장 가까운 거리에 있기 때문에 벼락을 유도하는 기능을 합니다.

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벼락이 칠 때는 야외보다는 건물 안에 있는 것이 안전합니다. 도시에서 사람이 벼락을 직접 맞을 가능성은 아주 적으나 특히 나무 밑으로 가는 행동은 절대 하지 말아야 합니다. 나무가 벼락을 유인하는 역할을 함으로써 벼락의 표적이 되기 때문이죠. 하지만 부득이하게 운동장 등 넓은 곳에 있을 때는 몸을 최대한 낮춰야 하고 산에 있는 경우라면 골짜기를 따라 이동한다든지, 동굴 같은 곳으로 피신하는 것이 안전합니다.

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이렇게 피뢰침은 건물뿐만 아니라 비행기, 기차 지붕에도 설치가 되어 있습니다. 하지만 자동차는 바퀴가 땅에 닿아 있어 벼락이 자동차 몸체를 타고 흐른 뒤 땅속으로 흘러 들어가 피뢰침이 따로 없죠. 사람들의 안전을 생각한 벤저민 프랭클린의 발명품 ‘피뢰침’. 벼락으로부터의 피해를 줄여주는 위대한 발명품임은 분명한 것 같습니다.

제작진 소개
구성 : 박진아 / CG : 최지민 /  연출 : 홍지수