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플라스마 구

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목차

1. 개요

플라스마 구는 다양한 기체 혼합물을 채운 투명한 유리 구체로, 고주파 교류 전압을 가하면 내부 기체가 플라스마 상태가 되어 빛을 내는 장치이다. 주로 네온, 아르곤, 제논 등의 희가스를 사용하며, 중앙 전극을 통해 고주파 에너지를 공급받아 플라스마 필라멘트를 형성한다. 손을 가까이 대면 플라스마 필라멘트가 손가락으로 모이는 현상을 보이며, 장식, 오락, 과학 교육 등에 활용된다. 그러나 고전압으로 인해 감전, 무선 주파수 간섭, 오존 발생 등의 위험이 있으며, 전도성 물질 접촉 시 화재의 위험도 있다.

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플라스마 구

2. 구성 및 작동 원리

플라스마 구는 투명한 유리 구체 안에 네온을 비롯한 다양한 희가스(아르곤, 제논, 크립톤 등) 혼합물을 거의 대기압에 가까운 압력으로 채워 넣은 장치이다.

내부 중앙의 전극에 고주파, 고전압 교류를 가하면[3], 전극에서 유리벽을 향해 플라스마 필라멘트라는 빛 줄기가 여러 가닥 뻗어 나온다.[3] 이 필라멘트는 구체 내부에서 움직이는 다채로운 빛의 형태로 나타나며 (코로나 방전 및 전기 글로우 방전 참조), 손을 가까이 대면 고전압과 공기 중 산소의 반응으로 희미한 오존 냄새가 날 수 있다.

전력의 세기를 조절하여 필라멘트의 개수를 조절할 수 있으며, 필라멘트들은 같은 극성으로 인해 서로 밀어내는 특성을 보인다. 구체 안에 채워진 기체의 종류에 따라 필라멘트의 색이나 형태가 달라지는데, 예를 들어 네온은 붉은 빛을 내고 아르곤은 필라멘트 형성을 도우며 제논은 끝부분의 모양에 영향을 준다.

2. 1. 구성 요소

플라스마 구는 일반적으로 투명한 유리 구체 안에 다양한 기체 혼합물을 거의 대기압으로 채워 넣은 형태로 만들어진다. 가장 흔하게 사용되는 기체는 네온이며, 때로는 아르곤, 제논, 크립톤과 같은 다른 희가스와 혼합하여 사용하기도 한다.[3]

구동에는 약 35 kHz 정도의 고주파 교류 전압 2–5 kV가 필요하다.[3][11] 이 고주파, 고전압은 특수한 전력 인버터 회로를 통해 생성된다. 이 회로는 저전압 DC 전원 공급 장치에서 나오는 전류를 사용하여 고주파 전자 발진기 회로에 전력을 공급하고, 이 회로의 출력은 고주파, 고전압 변압기(예: 소형 테슬라 코일 또는 플라이백 변압기)에 의해 승압된다.[3] 즉, 플라스마 구의 내부 회로는 일종의 인버터이다.

변압기에서 생성된 무선 주파수 에너지는 구체 중앙에 위치한 전극을 통해 내부 기체로 전달된다.[3] 전극으로는 속이 빈 작은 유리 구체에 금속 솜이나 전도성 액체를 채운 것을 사용하기도 한다.[14] 이 경우, 무선 주파수 에너지는 유리를 통해 정전 용량 결합 방식으로 더 큰 공간으로 유입된다. 에너지가 전달되면 내부 전극에서 외부 유리 절연체까지 플라스마 필라멘트가 형성되어, 구체 내부에서 움직이는 다채로운 빛 줄기를 만들어낸다 (코로나 방전 및 글로우 방전 참조).[3] 손을 구체 가까이에 대면 대기 중의 산소와 고전압의 상호 작용으로 가스가 생성되면서 희미한 오존 냄새가 날 수 있다.

일부 구체에는 중앙 전극으로 전달되는 전력의 양을 조절하는 제어 노브가 있다. 가장 낮은 설정에서는 단일 줄기가 만들어지며, 이 플라스마 채널이 에너지를 유리벽을 통해 외부로 전달한다. 전력을 증가시키면 단일 채널의 용량이 초과되어 두 번째, 세 번째 채널이 차례로 형성된다. 각 필라멘트는 같은 극성을 가지므로 서로 밀어내며, 내부 전극 표면에서 공간을 차지하기 위해 경쟁한다.

사용되는 기체의 종류에 따라 플라스마의 색상이나 형태가 달라진다. 순수한 네온만 사용하면 구 전체가 희미한 붉은색으로 빛나며, 여기에 아르곤을 소량 추가하면 필라멘트가 형성된다. 아주 소량의 제논을 추가하면 필라멘트 끝에서 꽃 모양의 분기가 나타나기도 한다. 다른 희가스 중 라돈은 방사성 물질이고, 헬륨은 유리를 통해 비교적 빠르게 빠져나가며, 크립톤은 가격이 비싸 잘 사용되지 않는다. 수은 증기와 같은 다른 기체도 사용될 수 있지만, 분자 형태의 가스는 플라스마에 의해 분해될 수 있다.

플라스마 볼 동영상

2. 2. 작동 원리

플라스마 구는 다양한 변형이 있지만, 일반적으로 투명한 유리 구체에 여러 기체 혼합물(가장 흔하게는 네온, 때로는 아르곤, 제논, 크립톤과 같은 다른 희가스)을 거의 대기압으로 채워 만든다.

구동 방식은 약 35 kHz 정도의 고주파 교류 전압(2–5 kV)을 이용한다.[3][11] 구동 회로는 본질적으로 특수한 전력 인버터로, 저전압 DC 전원 공급 장치에서 나오는 전류가 고주파 전자 발진기 회로에 전력을 공급하고, 이 회로의 출력은 고주파, 고전압 변압기(예: 소형 테슬라 코일 또는 플라이백 변압기)에 의해 승압된다. 변압기에서 나오는 무선 주파수 에너지는 구체 중앙에 있는 전극을 통해 구체 내부의 기체로 전달된다. 일부 설계에서는 속이 빈 작은 유리 구체에 금속 울이나 전도성 액체를 채워 전극 역할을 하기도 하는데,[14] 이 경우 무선 주파수 에너지는 유리를 통해 정전 용량 결합 방식으로 더 큰 공간으로 유입된다.

도체를 플라스마 구에 접촉했을 때의 효과 (손)


이 고주파, 고전압 전력은 내부 전극에서 외부 유리 절연체까지 플라스마 필라멘트를 형성하며, 구체 내부에서 움직이는 다채로운 빛 줄기를 만들어낸다 (코로나 방전 및 전기 글로우 방전 참조). 손을 구체 가까이에 대면 대기 중의 산소와 고전압의 상호 작용으로 오존이 생성되어 희미한 냄새가 날 수 있다. 플라스마 구의 발생 메커니즘에 대한 학술 연구는 2010년경까지 부족하여 많은 부분이 명확히 밝혀지지 않았다.[14][15]

일부 구체에는 중앙 전극으로 전달되는 전력량을 조절하는 제어 장치가 있다. 가장 낮은 설정에서는 단 하나의 필라멘트 줄기가 만들어진다. 이 단일 플라스마 채널은 에너지를 유리 벽을 통해 외부로 전달한다. 전력을 높이면 이 채널의 용량이 초과되어 두 번째, 세 번째 채널이 차례로 형성된다. 필라멘트들은 내부 전극 표면에서 공간을 차지하기 위해 경쟁하며, 같은 극성의 에너지가 흐르기 때문에 서로 밀어내어 각 필라멘트 주위에 얇고 어두운 경계가 생긴다.

손가락 끝을 유리에 대면, 전도성이 높은 인체(내부 저항 약 1000옴 미만[5])가 구체 내부의 기체보다 더 쉽게 분극되기 때문에 에너지가 흐르기 쉬운 경로가 만들어진다.[3] 즉, 인체는 주변 공기보다 무선 주파수 에너지를 더 잘 받아들인다. 이로 인해 플라스마 에너지는 손가락 쪽으로 우선적으로 흐르게 되고, 내부 전극에서 접촉 지점까지 이어지는 필라멘트 하나가 더 밝고 가늘어진다.[3] 필라멘트가 밝아지는 이유는 더 많은 전류가 인체(약 100 pF의 전기 용량을 가짐[6])로 흐르기 때문이다. 필라멘트가 가늘어지는 것은 증가된 전류 주위에 형성된 자기장이 자기유체역학적 효과인 핀치를 유발하여 플라스마 채널 자체를 압축하기 때문이다.

암스테르담의 네모 과학 박물관(NEMO science museum)에 있는 "테슬라 볼"


필라멘트의 움직임은 주로 필라멘트 주변 기체의 가열 때문에 발생한다. 가열된 기체는 부력에 의해 상승하면서 필라멘트를 함께 이동시킨다. 필라멘트가 손과 같이 고정된 물체로 방전되면, 중앙 전극과 물체 사이의 경로가 휘어진다. 이 거리가 너무 멀어지면 필라멘트가 끊어지고 전극과 손 사이에 새로운 필라멘트가 형성된다 (참고: 유사한 동작을 보이는 야곱의 사다리도 참조).

구체 근처의 모든 전도성 물체에는 전류가 유도된다. 유리는 이온화된 기체와 손 사이에 형성된 축전기의 유전체 역할을 한다.

플라스마 구를 제작할 때는 먼저 유리 구 내부의 공기를 최대한 빼낸 후, 1기압과 비슷한 압력으로 네온을 채운다. 순수한 네온만 사용하면 구 전체가 희미한 붉은색으로 빛난다. 여기에 아르곤을 소량 추가하면 필라멘트가 형성되고, 아주 적은 양의 제논을 추가하면 필라멘트 끝에서 꽃처럼 갈라지는 모양이 나타난다. 다른 희가스 중 라돈은 방사성이고, 헬륨은 유리를 통해 비교적 빨리 빠져나가며, 크립톤은 가격이 비싸 사용하기 어렵다. 수은 증기와 같은 다른 기체도 사용할 수 있지만, 분자 형태의 기체는 플라스마에 의해 분해될 수 있다.

2. 3. 필라멘트의 성질

플라스마 필라멘트는 내부 전극에서 외부 유리 절연체까지 뻗어 나가는 빛 줄기로, 구체 내부에서 움직이는 다채로운 색상을 나타낸다(코로나 방전 및 전기 글로우 방전 참조).[3][11] 이는 고주파 에너지가 구체 내부의 기체로 전달되면서 발생하며, 일부 설계에서는 정전 용량 결합 방식으로 에너지가 전달되기도 한다.[14]

일부 구체는 중앙 전극으로 전달되는 전력량을 조절할 수 있다. 가장 낮은 설정에서는 단 하나의 필라멘트만 형성된다. 이 필라멘트의 플라스마 채널은 에너지를 외부로 전달하기에 충분한 공간을 차지한다. 전력을 높이면 이 단일 채널의 용량이 초과되어 두 번째, 세 번째 채널이 차례로 형성된다. 필라멘트들은 내부 전극 표면에서 공간을 차지하기 위해 경쟁하며, 같은 극성의 에너지를 가지므로 서로 밀어낸다. 이 때문에 각 필라멘트의 뿌리 부분 주변에는 얇고 어두운 경계가 생긴다.

구체에 채워진 기체 종류에 따라 필라멘트의 모습이 달라진다. 네온만 채우면 구체 전체가 희미한 붉은색으로 빛나지만, 약간의 아르곤을 추가하면 필라멘트가 형성된다. 아주 소량의 제논을 추가하면 필라멘트 끝에서 "꽃"이 피는 듯한 모습이 나타나기도 한다.

손가락 끝과 같은 도체를 유리에 대면, 필라멘트는 그 지점으로 끌려온다. 이는 전도성 인체(내부 저항 약 1 kΩ 미만)[5][16]가 주변 기체보다 에너지를 더 쉽게 받아들이고 분극되어, 저항이 낮은 방전 경로를 제공하기 때문이다.[3] 이때 손가락과 이온화된 가스 사이의 유리는 콘덴서의 유전체 역할을 한다.[16] 이 경로를 통해 흐르는 전류는 약 1 mA 정도로 작으며[14], 주로 피부 표면을 흘러 위험하지 않다.[17] 에너지가 집중되면서 해당 필라멘트는 다른 필라멘트보다 더 밝고 가늘어진다.[3][11] 필라멘트가 밝아지는 것은 더 많은 전류(약 100 pF의 전기 용량을 가진 인체로 흐름) 때문이며[6], 가늘어지는 것은 증가된 전류가 만드는 자기장으로 인해 자기유체역학적 효과인 핀치 현상이 발생하기 때문이다.[3]

필라멘트가 움직이는 주된 이유는 필라멘트 주변의 기체가 가열되기 때문이다. 가열된 기체는 부력을 받아 상승하면서 필라멘트를 함께 위로 이동시킨다.[17] 필라멘트가 손과 같이 고정된 물체로 방전될 경우, 중앙 전극과 물체 사이에서 곡선 경로를 그리며 변형된다. 전극과 물체 사이의 거리가 너무 멀어지면 필라멘트는 끊어지고, 전극과 물체 사이에 새로운 직선 경로의 필라멘트가 형성된다.

겉보기에는 안정적으로 보이지만, 실제 필라멘트의 수명은 약 10 μs 정도로 매우 짧다. 필라멘트는 교류 전원의 사이클마다 나타났다 사라지기를 반복한다. 중심 전극이 음극일 때 내부 구체 근처에서 발생하여 초속 10km 정도의 속도로 외부 구체를 향해 뻗어 나간다. 필라멘트가 소멸된 후, 다음 필라멘트는 기체 중에 남아있는 전자나 이온을 이용하여 이전과 같은 경로를 따라 다시 생성되는 경향이 있다.[14]

3. 역사



플라스마 구의 역사는 니콜라 테슬라가 1894년 고전압을 이용한 초기 형태의 플라스마 램프, 즉 '백열 전등'에 대한 미국 특허를 취득하면서 시작되었다.[2][13] 이는 고강도 방전 램프의 초기 형태로 평가받으며, 테슬라는 이를 "불활성 가스 방전 튜브"라고 명명하기도 했다.

이후 1970년대와 1980년대에 제임스 팔크(James Falk)와 같은 인물들이 '그라운드스타'(Groundstar)라는 이름으로 플라스마 구를 제작하여 수집가나 과학관 등에 판매하기 시작했다.[3] 또한, 작가 제리 포넬이 1984년 오브 코퍼레이션(Orb Corporation)의 '옴니스피어'(Omnisphere)를 극찬하는 등 대중적인 관심을 받기 시작했다.[7][18]

현대의 플라스마 구는 테슬라 시대에는 구현하기 어려웠던 기술 발전을 바탕으로 한다. 제논, 크립톤, 네온 등 다양한 불활성 기체를 정밀하게 혼합하고, 집적회로를 이용한 전자 장치를 통해 더욱 생생한 색상과 복잡하고 아름다운 방전 패턴을 만들어낸다.[3][2][11]

3. 1. 니콜라 테슬라의 발명



니콜라 테슬라는 1894년 2월 6일 미국 특허 [https://patents.google.com/patent/US514170A 0514170] ("백열 전등")을 통해 플라스마 램프를 설명했다. 이 특허는 최초의 고강도 방전 램프 중 하나로 평가받는다. 테슬라는 단일 내부 전도성 소자(내화 재료의 소형 몸체 또는 버튼)를 갖춘 백열전구 형태의 램프를 고안하고, 테슬라 코일에서 나오는 고전압 전류로 소자를 여기시켜 브러시 방전 에너지를 생성하는 방식을 사용했다. 그는 이 발명을 처음에는 단일 단자 램프라고 불렀고, 나중에는 "불활성 가스 방전 튜브"(Inert Gas Discharge Tube영어)라고 명명했다.[2][13]

이후 플라스마 구의 'Groundstar' 스타일은 1970년대와 1980년대에 제임스 팔크(James Falk)가 제작하여 수집가와 과학관에 판매했다.[3] SF 작가 제리 포넬은 1984년에 Orb Corporation의 'Omnisphere'를 보고 "전 세계에서 가장 멋진 물건"이자 "웅장한... 새로운 종류의 예술 작품"이라고 극찬하며 "어떤 가격으로도 내 것을 살 수 없다"고 말하기도 했다.[7][18]

오늘날 사용되는 플라스마 구는 일반적으로 제논, 크립톤, 네온 등의 가스를 혼합하여 사용하는데, 이러한 가스 혼합 기술은 테슬라 시대에는 불가능했다. 현대의 램프는 다양한 유리 모양과 집적 회로 구동 전자 장치, 그리고 이러한 가스 혼합 기술을 통해 생생한 색상, 다양한 움직임, 복잡한 패턴을 만들어낸다.[3][2][11]

3. 2. 상업화 및 대중화



니콜라 테슬라는 현재 플라스마 램프의 초기 형태라 할 수 있는 장치를 '백열 전기 등'(Incandescent Electric Lighteng)이라는 이름으로 1894년 2월 6일 미국 특허 0514170을 받았다. 이는 고강도 방전등 중 최초로 특허 등록된 것 중 하나였다. 이 장치는 백열전구와 유사한 유리관 중심에 도체를 설치하고, 테슬라 코일로 생성한 고전압을 가해 유리관 내벽을 향해 브러시 모양의 방전을 일으키는 방식이었다. 테슬라가 특허를 낸 것은 진공 처리된 유리관 바닥에서 도체를 삽입하고 그 끝에 불연성 물질의 작은 구를 광원으로 부착한 특정 형태의 램프였다. 테슬라는 처음에 이를 단극 램프라 불렀으나, 나중에는 '불활성 가스 방전관'(Inert Gas Discharge Tubeeng)이라고 명명했다.[13]

1970년대부터 1980년대에 걸쳐 제임스 폴크(James Falkeng)는 '그라운드 스타'(Groundstareng)라는 이름으로 플라스마 볼을 제작하여 수집가와 과학관 등에 판매했다. 1984년에는 SF 작가 제리 포넬이 오브 코퍼레이션(Orb Corporationeng)의 '옴니스피어'(Omnisphereeng)를 리뷰하며 "이 세상에서 가장 훌륭한 것", "장엄하며 완전히 새로운 예술품"이라고 극찬하고 "내 옴니스피어는 아무리 돈을 줘도 양보하지 않겠다"고 말하기도 했다.[18]

오늘날 플라스마 볼에는 주로 제논, 크립톤, 네온 등의 혼합 기체가 사용되지만[11], 테슬라 시대에는 이러한 기체를 정밀하게 제어하는 기술이 부족했다. 현대 플라스마 볼에서 보이는 선명한 색상과 복잡하고 역동적인 필라멘트 움직임은 봉입된 기체의 종류, 유리관의 모양, 내부 회로 설계의 조합을 통해 조절된다.

3. 3. 현대의 플라스마 볼



니콜라 테슬라는 1894년 2월 6일, "백열 전등" 특허를 통해 현재 플라스마 구의 원형이 되는 장치를 설명했다.[2] 이는 최초의 고강도 방전 램프 중 하나로, 백열전구와 유사한 유리 구 안에 단일 전극을 설치하고 테슬라 코일에서 생성된 고전압 전류를 가해 브러시 형태의 방전을 일으키는 방식이었다. 테슬라는 이 발명품을 처음에는 단일 단자 램프라고 불렀으나 나중에는 "불활성 가스 방전 튜브"라고 명명했다.[13]

이후 1970년대와 1980년대에 제임스 폴크(James Falk)는 "그라운드스타"(Groundstar)라는 이름으로 플라스마 구를 제작하여 수집가와 과학관 등에 판매했다.[3] 1984년 작가 제리 포넬은 오브 코퍼레이션(Orb Corporation)의 "옴니스피어"(Omnisphere)를 보고 "전 세계에서 가장 멋진 물건", "웅장한... 새로운 종류의 예술 작품"이라고 극찬하기도 했다.[7]

오늘날 플라스마 구에 사용되는 제논, 크립톤, 네온 등 다양한 가스를 정밀하게 혼합하는 기술은 테슬라 시대에는 불가능했다. 현대의 플라스마 램프는 이러한 가스 혼합물과 다양한 형태의 유리 구, 그리고 집적회로로 구동되는 전자 장치를 결합하여 생생한 색상과 다채로운 움직임, 복잡하고 아름다운 패턴을 만들어낸다.[3][2]

4. 활용



플라스마 구는 독특한 조명 효과와 사용자가 직접 상호작용할 수 있는 특징 때문에 주로 호기심을 자극하는 장난감이나 장식품으로 인기가 많다.[11] 손가락 끝을 유리 표면에 대면, 인체는 구 내부의 가스보다 전기 전도성이 높아[5] 플라스마 필라멘트가 손가락을 따라 모이는 매력적인 현상을 관찰할 수 있다. 이때 필라멘트는 더 밝고 가늘어지는데,[3] 이는 전류가 집중되고 주변 자기장에 의해 핀치 효과가 발생하기 때문이다.[6] 이러한 시각적 효과와 상호작용은 플라스마 구의 주된 오락적 요소이다.

또한, 학교 과학실 등에서 플라스마나 전자기학 관련 현상을 시연하는 교육용 도구로 사용되기도 한다.[11] 일반적인 조명 용도로는 거의 쓰이지 않는다.

4. 1. 과학 교육

플라스마 구는 독특한 조명 효과와 사용자가 손을 움직여 플라스마의 흐름을 조종할 수 있는 특징 때문에 주로 호기심을 자극하는 물건이나 장난감으로 사용된다.[11] 학교의 과학실 등에서 시연 목적으로 사용되는 교육 장비의 일부로 활용되기도 한다.[11] 일반적으로 가정에서 사용하는 조명 기구로는 잘 쓰이지 않지만, 최근 몇 년 동안 일부 특이한 상점에서는 표준 전구 소켓에 끼울 수 있는 소형 플라스마 구 야간 조명이나 콘센트에서 전원을 공급받는 상시등 형태의 제품을 판매하기 시작했다.[8][9][19]

플라스마 구는 고전압 관련 실험에도 응용될 수 있다. 예를 들어, 전기가 통하는 판이나 전선 코일을 구 위에 가까이 가져가면 커패시티브 결합 현상에 의해 판이나 코일에 충분한 전압이 유도된다. 이 유도된 전압은 작은 아크를 발생시키거나 다른 고전압 부하에 에너지를 공급하는 데 사용될 수 있다. 이러한 현상이 가능한 이유는 구 내부의 플라스마와 구 바깥의 도체가 각각 커패시터의 양 극판 역할을 하고, 그 사이에 있는 유리가 유전체 역할을 하기 때문이다. 만약 판과 구의 전극 사이에 강압 변압기를 연결하면, 더 낮은 전압이지만 더 높은 전류를 가진 무선 주파수 출력을 얻을 수도 있다. 다만, 이러한 고전압 실험을 진행할 때는 감전이나 장비 손상을 방지하기 위해 접지 연결에 세심한 주의가 필요하다.

4. 2. 장식 및 오락

전압, 주파수, 화학적 조성, 그리고 구 안의 기체 압력을 조절함으로써 다양한 색상 효과를 낼 수 있다.

플라스마 볼은 독특한 조명 효과를 가지고 있으며, 손가락으로 플라스마를 움직여 놀 수 있기 때문에 특이한 인테리어 소품이나 과학 장난감으로 사용된다. 시연 실험용으로 학교의 과학실에 비치되어 있는 경우도 있다[11]。일반적인 조명 기구로 사용되는 경우는 드물지만, 콘센트에서 전원을 공급하는 상시등 용 플라스마 볼도 판매되고 있다[19]。

4. 3. 기타

플라스마 구는 독특한 조명 효과를 내며, 사용자가 손을 움직여 플라스마의 움직임을 조종하는 등의 '트릭'을 보여줄 수 있어 주로 호기심을 자극하는 물건이나 장난감, 인테리어 소품으로 사용된다.[11] 학교 실험실에서 시연 장비로 쓰이기도 한다. 일반적인 조명 기구로는 거의 사용되지 않지만, 최근 몇 년 사이 일부 상점에서 표준 전구 소켓에 맞는 소형 플라스마 구 야간 조명이나 콘센트 전원을 이용하는 상시등 형태의 제품을 판매하기 시작했다.[8][9][19]

플라스마 구는 고전압 실험에도 활용될 수 있다. 전기가 통하는 판이나 와이어 코일을 구 위에 놓으면 커패시티브 결합 원리에 의해 판이나 코일에 충분한 전압이 전달되어 작은 아크를 일으키거나 고전압 부하에 에너지를 공급할 수 있다. 이는 구 내부의 플라스마와 외부 도체가 커패시터의 두 판 역할을 하고, 그 사이의 유리가 유전체 역할을 하기 때문이다. 구의 전극과 외부 도체 사이에 강압 변압기를 연결하면 더 낮은 전압과 더 높은 전류를 가진 무선 주파수(RF) 출력을 얻을 수도 있다. 이러한 실험을 할 때는 부상이나 장비 손상을 막기 위해 접지 연결에 각별히 주의해야 한다.

5. 위험성 및 주의사항

플라스마 구에 전도성 물질이나 전자 기기를 가까이 가져가면 유리가 뜨거워질 수 있으며, 심한 경우 가벼운 화상을 입을 수도 있다.[11] 플라스마 구 내부의 고전압 고주파 에너지가 유리 케이스를 통해 전달되어 만지는 사람에게 가벼운 감전을 일으킬 수 있다.[3][11] 또한, 플라스마 구에서 생성되는 무선 주파수는 노트북 컴퓨터, 디지털 오디오 플레이어, 휴대 전화 등의 터치패드 작동을 방해할 수 있다.[3][11] 일부 플라스마 구는 몇 미터 떨어진 곳의 무선 전화나 Wi-Fi 장치를 방해할 정도의 무선 주파수 간섭 (RFI)을 발생시키기도 한다.[3]

전기 전도체가 구의 바깥 유리에 닿으면 용량성 결합이 발생하여 작은 전기 아크를 일으킬 만큼 충분한 전위차가 유도될 수 있다. 이는 구의 유리가 유전체 역할을 하고, 램프 내부가 하나의 축전기 극판, 외부의 전도성 물체가 다른 극판 역할을 하기 때문이다.[2][20] 이러한 전기 아크는 플라스마 구 자체나 다른 전자 장치를 손상시킬 수 있으며, 화재의 위험도 있다.[3][11] 특히 유리구를 금속박 등으로 덮으면 정전 결합에 의해 금속박에 높은 고주파 전압이 전달되어 더 위험하며, 금속박에 손가락 등을 가까이하면 전기 아크가 발생하여 가벼운 화상을 입을 수 있다.[20][17]

플라스마 구 표면에서는 감지 가능한 양의 오존(O3)이 생성될 수 있다. 많은 사람이 0.01 ~ 0.1 ppm 농도에서 오존 냄새를 감지할 수 있는데, 이는 오존이 건강에 해로운 것으로 간주되는 최저 농도 바로 아래 수준이다. 0.1 ~ 1 ppm 농도의 오존에 노출되면 두통, 눈이나 목의 작열감, 호흡기 자극 등을 유발할 수 있다.

2022년 7월, 호주의 과학 박물관인 퀘스타콘(Questacon)에서는 플라스마 구에서 발생한 스파크가 관람객 어린이의 손에 바른 알코올 기반 손 소독제에 불을 붙여 심각한 화상을 입히는 사고가 발생하기도 했다.[10]

참조

[1] 웹사이트 Experiments with Alternate Currents of High Potential and High Frequency https://www.pbs.org/[...] 2010-07-26
[2] 웹사이트 PowerLabs Plasma Globes Page http://www.powerlabs[...] 2009-11-16
[3] 웹사이트 How do plasma lamps work? http://news.softpedi[...] 2009-11-16
[4] 웹사이트 MIT News: Alumni profile - Making the invisible visible - Bill Parker '74, SM '93 https://www.technolo[...] 2023-10-24
[5] 간행물 Conduction of Electrical Current to and Through the Human Body: A Review 2009-10-12
[6] 간행물 Analysis of the Charge Exchange Between the Human Body and Ground: Evaluation of "Earthing" From an Electrical Perspective 2014-12
[7] 뉴스 The Most Fabulous Object in the Entire World https://archive.org/[...] 2016-03-02
[8] 웹사이트 Plasma Ball Night Light Makes Us Nostalgic For Bed Wetting https://gizmodo.com/[...] 2017-09-08
[9] 웹사이트 Plasma Night Light http://www.4physics.[...] 2010-12-01
[10] 뉴스 Federal government department charged after nine-year-old child's hands allegedly caught fire while touching plasma globe at Questacon https://www.abc.net.[...] 2024-08-07
[11] 웹사이트 How do plasma lamps work? http://news.softpedi[...] 2009-11-16
[12] 웹사이트 Experiments with Alternate Currents of High Potential and High Frequency http://www.pbs.org/t[...] 2016-06-01
[13] 간행물 Plasma Globes https://cen.acs.org/[...] 2016-06-01
[14] 간행물 Measurements of the motion of filaments in a plasma ball http://scitation.aip[...] 2016-06-01
[15] 간행물 On filament structure and propagation within a commercial plasma globe http://scitation.aip[...] 2016-06-01
[16] 간행물 感電の基礎と過去30年間の死亡災害の統計 https://www.jniosh.g[...] 独立行政法人労働者健康安全機構 労働安全衛生総合研究所 2016-06-18
[17] 간행물 Deconstructing a Plasma Globe
[18] 뉴스 The Most Fabulous Object in the Entire World https://archive.org/[...] 2016-06-03
[19] 웹사이트 Plasma Ball Night Light Makes Us Nostalgic For Bed Wetting http://gizmodo.com/#[...] 2016-06-03
[20] 웹사이트 Top 10 Demonstrations with the Plasma Globe [W/Video] http://www.arborsci.[...] 2016-06-05


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