[2009년 제2호] 정전기 - 정전기 발생
작성자 관리자등록일 2009-01-14조회 25930
정전기 발생
1. 정전기란
정전기는 일반적으로 서로 다른 물질이 상호 운동을 할 때에 그 접촉면에서 발생하게 되며,이 정전기는 고체상호간에서 뿐만 아니라 고체와 액체간,액체 상호간, 액체와 기체 간에서도 발생한다.정전기 현상의 발견에 대한 기록은 고대 그리스의 철학자 탈레스가 호박을 양피에 마찰시켜 정전기를 발생시킨 것이 시초이었으며, electricity라는 말은 호박(그리스어로 electron)에서 유래되었다. 이와 같은 정전기는 고분자 물질을 많이 취급하는 우리생활 주변에서 빈번히 발생 될 뿐만 아니라 자연현상에서도 많이 볼 수 있는데 그 대표적인 예가 뇌구름에 의한 번개 낙뢰현상이 그 대표적인 예이다. 여기에서 말하는 정전기를 정확히 정의 한다는 것이 쉽지 않으나, 실용적으로는 우리가 통상 쓰고 있는 정전기(動電氣)와 비교하여 “전하의 공간적 이동이 적어 이전류에 의한 자계(磁界)효과가 전계(電界)효과에 비해 무시할 정도로 아주 적은 전기”라고 할 수 있으며, 이 정전계(靜電界)에 의한 제반현상을 정전현상이라고 한다.
2. 정전기 발생
(1) 마찰에 의한 대전(摩擦帶電)
두 물체 사이의 마찰이나 접촉위치의 이동으로 전하의 분리 및 재배열이 일어나서 정전기가 발생하는 현상
(2) 박리에 의한 대전(剝離帶電)
서로 밀착되어 있는 물체가 떨어질 때 전하의 분리가 일어나 정전기가 발생하는 현상
(3) 유동에 의한 대전(流動帶電)
액체류가 파이프 등 내부에서 유동할 때 액체와 관벽 사이에 정전기가 발생하는 현상
(4) 기타대전
기타의 대전으로는 액체류?기체류?고체류등이 작은 분출구를 통해 공기 중으로 분출될 때 발생하는 분출대전, 이들의 충돌에 의한 충돌대전, 액체류가 이송이나 교반될 때 발생하는 진동(교반)대전, 유도대전 등이 있다.
[그림] 정전기 발생의 구체적인 예
3. 정전기 대전
정전기의 대전이란 용어는 흔히 사용하지만 이것이 발생된 정전기가 물체상에 축적돼는 것을 말하며 실제로는 대전한 전하량 (대전량이라 한다.)이 정전기에 의한 트러블을 좌우한다.
| 체적저항률[Ω,m] | 105 | 1010 | 1012 | 1014 | |
| 도전율[S/m] | 10-6 | 10-10 | 10-12 | 10-14 | |
| 표면저항률[Ω] | 1010 | 1012 | 1014 | 1016 | |
| 누설저항[Ω] | 108 | 108 | 1010 | 1012 | |
| 대전용이성 | 없다 | 적다 | 보통 | 높다 | 매우높다 |
| 감쇠의 속도 | 순간 | 수초 | 수분 | 수십분 | 감쇠하지않음 |
(주) : 도전율의 단위는 S(지멘스)/m
| 품질명 | 체적저항률(Ω,m) | 비유전율 |
| 공기 | 거의 무한대 | 1.000586 |
| 수돗물 | 103 | 80.7 |
| 아세톤 | 2×103 | 20.7 |
| 메탄율 | 7×106 | 32.7 |
| 벤젠 | 3×1011 | 2.28 |
| 핵산 | 1×1016 | 1.89 |
| 등유 | 1011~1013 | 2.1 |
| 가황천연고무 | 1013~1015 | 2.5~4.6 |
| 나일론 | 1010~1013 | 3.9~5.0 |
| 폴리에틸렌 | 1013~>1014 | 2.25~2.35 |
| 테프론 | >1016 | 2.0 |
4. 역학현상
정전기는 전기적 작용인 쿨롱(Coulomb)력에 대전물체 가까이 있는 물체를 흡인하거나 반발하게 하는 성질이 있는데,이를 정전기의 역학현상이라 한다.이 현상은 일반적으로 대전물체의 표면저하에 의해 작용하기 때문에 무게에 비해 표면적이 큰 종이, 필름, 섬유,분체, 미세 입자 등에 많이 발생되기 쉬워, 각종 생산장해의 원인이 된다. 2개의 전하간에 작용하는 정전력 F[N]는 각각의 전하량 Q1, Q2[C]에 비례하고 양전하간의 거리 r[m]의 제곱에 반비례하며, 이 힘은 같은 부호끼리는 반발력, 다른 부호끼리는 흡인력이 작용한다.
F=Q1 Q2/4πεr2 =9×109×Q1 Q2/r2 [N]ε: 유전율
5. 정전유도현상
대전물체 부근에 절연된 도체가 있을 경우에는 정전계에 의해 대전물체에 가까운 쪽의 도체 표면에는 대전물체와 반대극성의 전하(電荷)가 반대쪽에는 같은 극성의 전화가 대전되게 되는데,이를 정전 유도 현상이라고 한다.
정전유도의 크기는 전계에 비례하고 대전체로부터의 거리에 반비례하며, 도체의 형상에 의해서도 영향을 받는데,이는 유도대전을 일으켜 각종 장?재해의 원인이 되기도 하며, 이 원리를 이용하여 대전전위,전하량 등을 측정하기도한다.
6. 방전현상
정전기의 대전물체 주위에는 정전계가 형성된다. 이 정전계의 강도는 물체의 대전량에 비례하지만 이것이 점점 커지게 되어 결국, 공기의 절연 파괴 강도 (약 30KV/cm)에 도달하게 되면 공기의 절연 파괴현상,즉 방전이 일어나게 된다.
(1) 불꽃방전 : 가스기구의 점화 불꽃에서 볼 수 있듯이 강한 발광과 파괴음을 수반하는 방전
(2) 뇌상 불꽃 방전 : 불꽃 방전의 일종으로 번개와 같은 수지상(樹枝狀)의 발광을 수반하기 때문에 이렇게 불린다.이 방전은 강력하게 대전한 입자군이 대규모(지름 수m 이상)의 구름 모양으로 확산되어(대전운이라 부른다) 일어나는 특수한 방전이라 할 수 있다.
(3) 코로나 방전 : 그 가까이에서만 절연파괴를 일으키는 부분방전으로서 약간의 발광과 소음을 수반한다.
(4) 연면방전 : 연면방전은 절연물의 표면에 따라 강한 발광을 수반하여 일어나는 방전
