프랭클린의 피뢰침

프랭클린은 미국의 독립을 이끈 독립투사이자 정치가, 과학자이기도 했다.

그가 전기에 대해서 공부한 뒤에 유럽과는 독자적으로 번개를 활용할 방법을 찾게 되었다. 그는 높은 건물의 꼭대기에 전선을 연결해 번개에서 내려오는 전하를 모음으로서 번개가 전기라는 것을 증명하고자 했다. 그러나 건물을 새로 세우거나 기존 건물의 꼭대기와 땅을 도선으로 연결하는데 시간이 오래 걸리기 때문에 그 대신 연을 띄워 연줄을 통하여 전기를 끌어들일 생각을 하게 된다. 이 연 실험이 역사상 가장 유명한 실험중 한 가지이다.

프랭클린은 연줄이 소나기에 의해 젖어 도선 역할을 할 때 전기가 자신에게도 흘러올 수 있음을 염려하여 만반의 태세를 갖췄고, 실험은 성공했다.

시간이 흘러 프랭클린의 연 실험을 재연하기 위해서 많은 과학자들이 도전했고, 그중 어떤 과학자는 번개를 맞아 사망했다. (위인이 되려면 운이 좋아야 한다. ㅋ)

훗날 사람들은 프랭클린의 실험을 바탕으로 큰 나무나 높은 건물에 피뢰침을 설치한다. 당시인 1753년에는 피뢰침을 프랭클린 막대기로 불렀다. 프랭클린은 피뢰침을 세우는 일에 대한 조언을 하러 전 세계를 돌아다니기 바빴다. 이때는 프랭클린이 독립운동에 관여하기 전의 일이었고, 유명한 『프랭클린 자서전』 뒷부분을 쓰던 때다.

일반적인 피뢰침
국기봉이 피뢰침으로서 더 적합!

여기서 재미있는 사실 한 가지는….

프랭클린은 피뢰침 끝을 뾰족하게 해야 한다고 주장했다고 한다. 끝을 둥글게 해야 한다는 주장을 한 학자들도 있었지만, 프랭클린의 명성에 의해서 끝을 뾰족하게 만든 피뢰침이 관습적으로(?) 쓰이게 되었다.

그러나 최근 한 연구에 의하면 끝을 둥글게 만든 피뢰침이 낙뢰현상에 더 적절하다는 연구결과가 나왔다. 피뢰침은 전기장을 모으는 원리를 사용하는데, 전기장은 전하가 많을수록 강해진다. 그러나 같은 종류의 전하는 서로 반발하므로 끝이 뾰족하면 전하를 모으는데 불리하기 때문에 둥근 것이 더 유리하다.

위대한 프랭클린도 고집때문에 착오를 범해버린 것이다.

오늘날은 피뢰침의 끝이 둥글어야 하는가 뾰족해야 하는가에 대한 문제는 물리학과 대학교 1~3학년 학생이라면 한 번씩 생각해보는 문제다. 대학교 교수님들도 “원리상으로는 끝이 둥글어야 한다”는 취지의 말씀을 하시기 때문에 사실상 피뢰침 끝이 둥글어야 한다는 것은 꼭 실험을 할 필요는 없었다.

다만 프랭클린이란 위인의 명성 때문에 수정되는데 실험과 시간이 무척 오랫동안 필요했던 경우라는 생각이 든다.

10 thoughts on “프랭클린의 피뢰침

  1. 글 잘 읽었습니다.

    인물의 권위 때문에 과학적 사실이 무시되었군요.

    비슷한 사례가 찾아보면 더 있을 것도 같습니다.

    그리고 뾰족한 편이 국기계양대와의 혼동을 피할 수 있을 것 같아요.

    미관상 ^^;;

    나중에 어디선가 프랭클린이 번개에 사망하지 않은 것은 천운이라고 하는 말을 봤는데, 과연 위인은 운도 타고 나나 봅니다.

    1. ㅋㅋㅋㅋ
      전 뭐 사실 국기계양대가 피뢰침이라고 굳게 믿고 있습니다.
      다른 사례…많겠지만 뭐가 있을지 궁금하네요.

      피타고라스 학파의 이야기도 포함될까요?

  2. 조금 다른 이야기이고 상당히 엉뚱할 수 있는 이야기지만 전 우리나라의 예전 집들도 낙뢰를 예방하는 장치를 만들지 않았을까(경험으로) 생각하기도 합니다.

    전통집은 집안 울타리 안에 나무를 심지 않았다고 해요(일종의 불문율…일제시대때 경복궁 건물 담장 안에 나무를 심은것이 이슈가 될 정도). 심어도 괜찮은 나무는 ‘키가 작은 과실수’. 그리고 마을 밖에는 항상(이라고 해도 좋을 정도로) 커다란 나무가 있었죠. 이게 일종의 낙뢰방지를 위한 경험적인 산물(?)이 아닐까…

    과실수는 대부분 크기가 크지 않고(앵두나무, 복숭아나무 뭐 그런 정도)
    담장밖에 큰 나무를 심어서 만약의 사태에 인명피해를 줄이는 용도로 쓰지 않았나. 뭐 그런 생각을 하곤 합니다. ㅋㅋ

    1. 좀 더 생각해 봤는데, 풍수지리설의 기본 조건도 번개를 맞지 않는 조건이 포함되어 있는 거 같아요.

  3. 음.. 제가 알기로는 금속의 전하는 표면에만 존재하게 되며.. 뾰족한 부분이 edge effect 로 인해 전하가 더 모입니다.
    green function 을 이용해서 임의의 각도를 갖는 도체(금속) 모서리의 전기장을 구해보면..(자세한 방법은 Classical electrodynamics – Jackson 이라는 책에서 공부한 것 같습니다.
    각도가 작을수록 전기장에 커집니다. 그래서 전극의 경우도 뾰족하게 만드는 것이겠지요..
    번개 현상은 구름과 땅사이에 전위차가 생겨서 각각이 전극이 되고 방전이 일어 나는 것인데.. 방전이 발생할때 전극의 뾰족한 부분을 통해서 일어나는 것이 둥근부분 보다는 확률이 높을 것입니다.
    태클은 아니고.. 제가 알고 있는 내용과 달라서 .. 글 남기고 갑니다.. 오해는 마세요..^^;

    1. 재미있는 글 잘 읽었습니다.
      뾰족한 부분에서 전기장이 더 크게 형성된다는 말이 참 인상적이네요. 맞는 말씀입니다. 다만 국지적인 경우에 한해서….

      멀리 떨어진 곳에서 피뢰침을 볼 때는 모양이 아니라 전하의 총량에 따라서 결정됩니다. 결국 전하가 가장 많이 모일 모양의 피뢰침이 가장 강한 전기장이 형성된다는 것이죠.
      Edge effect의 경우는 이런데 쓰라고 만들어놓은 내용이 아닌걸요. ^_^

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