전기 불꽃
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1. 개요
전기 불꽃은 전기가 공기를 통해 흐르면서 발생하는 현상으로, 역사적으로는 기원전 600년경 탈레스에 의해 발견되었다. 1752년 벤자민 프랭클린은 연 실험을 통해 번개와 전기 불꽃이 동일하다는 것을 입증했다. 전기 불꽃은 내연 기관의 점화 플러그, 가스레인지 점화 장치, 무선 통신, 금속 가공, 화학 분석 등 다양한 분야에서 활용된다. 그러나 가연성 물질에 점화되거나 인체에 화상, 신경계 손상, 오존 생성 등의 위험을 초래할 수 있다.
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| 전기 불꽃 |
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2. 역사
기원전 600년경, 그리스의 철학자 탈레스는 호박을 천으로 문지르면 다른 물건을 끌어당기는 불꽃이 발생하는 것을 발견하고, 이것이 전기 현상과 관련이 있다고 생각했다. 1671년, 라이프니츠는 불꽃이 전기 현상과 관련이 있음을 발견했다.[3] 1708년, 사무엘 월은 호박을 천으로 문질러 불꽃을 일으키는 실험을 했다.[4] 1752년, 토마스 달리바르드와 벤저민 프랭클린은 번개와 전기가 동일하다는 것을 독립적으로 증명했다. 프랭클린은 유명한 연 실험을 통해 뇌우가 치는 동안 구름에서 불꽃을 성공적으로 추출했다.[5]
2. 1. 초기 발견
기원전 600년경, 그리스의 철학자 탈레스는 황색을 천으로 문지르면 다른 물건을 끌어당기는 불꽃이 발생하는 것을 발견하고, 이것이 전기 현상과 관련이 있다고 생각했다. 1671년, 라이프니츠는 불꽃이 전기 현상과 관련이 있음을 발견했다.[3] 1708년, 사무엘 월은 호박을 천으로 문질러 불꽃을 일으키는 실험을 했다.[4]
1752년, 토마-프랑수아 달리바르는 벤자민 프랭클린이 제안한 실험을 바탕으로, 프랑스 마를리 마을의 은퇴한 용기병 코이피에에게 라이덴 병에 번개를 모으게 하여 번개와 전기가 같다는 것을 증명했다.[5] 같은 해, 프랭클린은 유명한 연 실험을 통해 뇌우가 치는 동안 구름에서 불꽃을 성공적으로 추출하여 번개와 전기가 동일함을 직접 증명했다.
2. 2. 번개와 전기
기원전 600년경, 그리스의 철학자 탈레스는 천을 문지르고 다른 물건을 끌어당겨서 불꽃을 생성할 때 황색이 전기가 될 수 있다는 것을 발견했다. 1671년에 라이프니츠는 불꽃이 전기적인 현상과 관련이 있음을 발견했다. 1708년에 사무엘 월은 불꽃을 생성하기 위해 황색 천으로 문질러서 실험을 실시했다. 1752년에 토마스 달리바르드와 벤저민 프랭클린은 번개와 전기가 동일하다는 것을 독립적으로 입증했다. 프랭클린의 유명한 연 실험에서, 그는 천둥 번개가 치는 동안 구름에서 불꽃을 성공적으로 추출했다.[3][4][5]
1752년, 토마-프랑수아 달리바르는 벤자민 프랭클린이 제안한 실험을 바탕으로, 마를리 마을에 사는 은퇴한 프랑스 용기병인 코이피에에게 라이덴 병에 번개를 모으도록 하여, 번개와 전기가 같다는 것을 증명했다.
3. 활용
전기 불꽃은 점화 플러그를 이용한 내연 기관의 연료 점화, 가스레인지 등의 연소 시작, 스파크 갭 송신기를 활용한 무선 통신, 방전 가공과 스파크 플라즈마 소결 등의 금속 가공, 분광법 및 질량 분석법 등의 화학 분석 등 다양한 분야에서 활용된다.
3. 1. 점화원
전기 불꽃은 연료와 공기 혼합물을 점화하기 위해 가솔린 내연 기관의 점화 플러그에 사용된다.[6] 점화 플러그의 방전은 절연된 중앙 전극과 플러그 베이스의 접지된 단자 사이에서 발생한다. 스파크 전압은 절연 전선으로 점화 플러그에 연결된 점화 코일 또는 마그네토에 의해 제공된다.화염 점화기는 파일럿 램프 대신 일부 난방기 및 가스레인지에서 연소를 시작하기 위해 전기 불꽃을 사용한다.[7] 자동 재점화는 화염의 전기 전도도를 감지하고 이 정보를 사용하여 버너 화염이 켜져 있는지 여부를 결정하는 일부 화염 점화기에 사용되는 안전 기능이다.[8] 이 정보는 화염이 켜진 후 점화 장치가 스파크를 일으키는 것을 중지하거나 화염이 꺼진 경우 다시 시작하는 데 사용된다.
3. 2. 무선 통신
스파크 갭 송신기는 전기 스파크 갭을 사용하여 무선 주파수 전자기파를 생성하며, 이는 무선 송신기로 사용될 수 있다.[9] 스파크 갭 송신기는 1887년부터 1916년까지 라디오 초창기 30년 동안 널리 사용되었다. 이후 진공관 시스템으로 대체되었으며, 1940년까지는 통신에 더 이상 사용되지 않았다. 스파크 갭 송신기의 광범위한 사용으로 인해 선박의 무선 통신 기사를 "스파크"라는 별명으로 부르게 되었다.3. 3. 금속 가공
방전 가공(EDM)은 스파크 방전을 사용하여 공작물에서 재료를 제거하는 가공 방식으로, 스파크 가공이라고도 불린다.[10] 방전 가공은 경금속이나 기존 기술로는 가공하기 어려운 금속에 사용된다.스파크 플라즈마 소결(SPS)은 펄스형 직류를 사용하여 흑연 다이 내의 전기 전도도가 있는 분말을 통과시키는 소결 기술이다.[11] SPS는 외부 발열체로 열을 가하는 기존의 열간 정수압 성형보다 빠르다.
3. 4. 화학 분석
전기 불꽃이 생성하는 빛은 수집하여 스파크 방출 분광법이라고 하는 일종의 분광법에 사용할 수 있다.[12]고에너지 펄스 레이저를 사용하여 전기 불꽃을 생성할 수 있다. 레이저 유도 붕괴 분광법(LIBS)은 고펄스 에너지 레이저를 사용하여 시료의 원자를 여기시키는 일종의 원자 방출 분광법이다. LIBS는 레이저 스파크 분광법(LSS)이라고도 불린다.[13]
전기 불꽃은 질량 분석법을 위한 이온을 생성하는 데에도 사용할 수 있다.[14] 스파크 방전은 다양한 금속 및 탄소 소스를 사용하여 일회용 스크린 인쇄 탄소 전극(SPE)의 현장 표면 변형을 통해 전기화학 감지에 적용되었다.[15][16][17][18][19]
4. 위험성
전기 불꽃은 사람, 동물, 무생물 모두에게 위험할 수 있다. 가연성 물질, 액체, 가스, 증기 등에 불이 붙을 수 있으며, 심지어 작은 불꽃도 휘발유, 아세톤, 프로판 등의 가연성 증기나 제분소 등에서 발생하는 공기 중 먼지 농도를 점화시킬 수 있다.[20][21]
불꽃은 종종 고전압의 존재를 나타내며, 전압이 높을수록 불꽃이 더 멀리 튈 수 있다. 충분한 에너지가 공급되면 글로우나 아크와 같은 더 큰 방전으로 이어질 수 있다. 고전압 정전기를 띤 사람이나 고전압 전기 공급 장치 근처의 사람이 도체와 가까워지면 불꽃이 발생하여 심각한 화상, 심장 및 내부 장기 손상, 심지어 아크 섬광으로 이어질 수 있다.
테이저 건과 같이 에너지가 낮은 고전압 불꽃도 신경계에 과부하를 일으켜 근육 수축이나 심장 박동 이상을 유발할 수 있다. 에너지가 매우 낮은 불꽃도 "플라즈마 터널"을 생성하여 국소적인 화상을 유발할 수 있다. 전극을 신체에 부착할 때는 전도성 액체, 젤, 연고 등을 사용하여 피부 손상을 방지한다. 불꽃은 금속 등을 절제하거나 파이게 할 수 있으며, 이는 전기 에칭에 활용된다. 또한 오존을 생성하여 호흡 곤란, 가려움증, 조직 손상 등을 유발할 수 있다.[22][23]
4. 1. 화재 및 폭발
불꽃은 사람, 동물 또는 무생물체에게 위험할 수 있다. 전기 불꽃은 가연성 물질, 액체, 가스 및 증기에 점화될 수 있다.[20] 부주의한 정전기 방전이나 조명, 회로를 켤 때 발생하는 작은 불꽃도 휘발유, 아세톤, 프로판과 같은 곳에서 나오는 가연성 증기나 제분소 등 분말을 다루는 공장의 공기 중 먼지 농도를 점화시키기에 충분하다.[21]
불꽃은 종종 고전압 또는 "전위장"의 존재를 나타낸다. 전압이 높을수록 불꽃이 더 멀리 떨어진 간격을 뛰어넘을 수 있으며, 충분한 에너지가 공급되면 글로우 또는 아크와 같은 더 큰 방전으로 이어질 수 있다. 사람이 고전압 정전기로 충전되거나 고전압 전기 공급 장치 근처에 있을 때, 도체와 충분히 가까운 사람 사이에 불꽃이 튀어 더 높은 에너지를 방출하여 심각한 화상을 입히거나, 심장 및 내부 장기를 멈추게 하거나, 아크 섬광으로 발전할 수 있다.
테이저 건처럼 에너지가 낮은 고전압 불꽃도 신경계의 전도 경로에 과부하를 일으켜 불수의근 수축을 유발하거나 심장 박동과 같은 중요한 신경계 기능을 방해할 수 있다. 에너지가 충분히 낮으면 대부분 공기를 가열하는 데 사용되어 불꽃이 글로우나 아크로 안정화되지 않는다. 그러나 에너지가 매우 낮은 불꽃도 공기를 통해 전기가 통과할 수 있는 "플라즈마 터널"을 생성한다. 이 플라즈마는 종종 태양 표면보다 높은 온도로 가열되어 작고 국소적인 화상을 유발할 수 있다. 전극을 사람 신체에 부착할 때는 전도성 액체, 젤 또는 연고를 사용하여 접촉 지점에서 불꽃이 형성되어 피부가 손상되는 것을 방지한다. 불꽃은 금속 및 기타 도체에 손상을 주어 표면을 절제하거나 파이게 할 수 있으며, 이는 전기 에칭에 활용된다. 불꽃은 오존을 생성하며, 오존 농도가 충분히 높으면 호흡 불편이나 고통, 가려움증, 조직 손상을 유발하고 특정 플라스틱 등에 해로울 수 있다.[22][23]
4. 2. 인체 상해
불꽃은 사람, 동물 또는 무생물체에게 위험할 수 있다. 전기 불꽃은 가연성 물질, 액체, 가스 및 증기에 점화될 수 있다. 심지어 부주의한 정전기 방전이나 조명, 다른 회로를 켤 때 발생하는 작은 불꽃조차도 휘발유, 아세톤, 프로판과 같은 곳에서 나오는 가연성 증기, 또는 제분소나 분말을 취급하는 공장에서 발견되는 공기 중의 먼지 농도를 점화하기에 충분하다.[20][21]
불꽃은 종종 고전압 또는 "전위장"의 존재를 나타낸다. 전압이 높을수록 불꽃이 더 멀리 떨어진 간격을 뛰어넘을 수 있으며, 충분한 에너지를 공급받으면 글로우 또는 아크와 같은 더 큰 방전으로 이어질 수 있다. 사람이 고전압 정전기로 충전되거나 고전압 전기 공급 장치 근처에 있을 때, 도체와 충분히 가까이 있는 사람 사이에 불꽃이 튀어 훨씬 더 높은 에너지를 방출하여 심각한 화상을 입히고, 심장 및 내부 장기를 멈추게 하거나, 심지어 아크 섬광으로 발전할 수 있다.
테이저 건과 같이 에너지가 낮은 고전압 불꽃조차도 신경계의 전도 경로에 과부하를 일으켜 불수의 근육 수축을 유발하거나 심장 박동과 같은 중요한 신경계 기능을 방해할 수 있다. 에너지가 충분히 낮으면 대부분 공기를 가열하는 데 사용될 수 있으므로 불꽃이 완전히 안정화되어 글로우나 아크가 되지 않는다. 그러나 에너지가 매우 낮은 불꽃조차도 공기를 통해 전기가 통과할 수 있는 "플라즈마 터널"을 생성하며, 이 플라즈마는 종종 태양 표면보다 높은 온도로 가열되어 작고 국소적인 화상을 유발할 수 있다. 전극을 사람의 신체에 부착할 때는 종종 전도성 액체, 젤 또는 연고를 사용하여 접촉 지점에서 불꽃이 형성되어 피부가 손상되는 것을 방지한다. 마찬가지로 불꽃은 금속 및 기타 도체에 손상을 주어 표면을 절제하거나 파이게 할 수 있으며, 이는 전기 에칭에서 활용되는 현상이다. 불꽃은 또한 오존을 생성하며, 오존 농도가 충분히 높으면 호흡 불편이나 고통, 가려움증 또는 조직 손상을 유발하고 특정 플라스틱과 같은 다른 물질에 해로울 수 있다.[22][23]
4. 3. 기타 위험
불꽃은 사람, 동물 또는 무생물체에게 위험할 수 있다. 전기 불꽃은 가연성 물질, 액체, 가스 및 증기에 점화될 수 있다. 심지어 부주의한 정전기 방전이나 조명, 다른 회로를 켤 때 발생하는 작은 불꽃조차도 휘발유, 아세톤, 프로판과 같은 곳에서 나오는 가연성 증기, 또는 제분소나 분말을 취급하는 공장에서 발견되는 공기 중의 먼지 농도를 점화하기에 충분할 수 있다.[20][21]
불꽃은 종종 고전압 또는 "전위장"의 존재를 나타낸다. 전압이 높을수록 불꽃이 간격을 더 멀리 뛰어넘을 수 있으며, 충분한 에너지를 공급받으면 글로우 또는 아크와 같은 더 큰 방전으로 이어질 수 있다. 사람이 고전압 정전기로 충전되거나 고전압 전기 공급 장치 근처에 있을 때, 도체와 충분히 가까이 있는 사람 사이에 불꽃이 튀어 훨씬 더 높은 에너지를 방출하여 심각한 화상을 입히고, 심장 및 내부 장기를 멈추게 하거나, 심지어 아크 섬광으로 발전할 수 있다.
테이저 건과 같이 에너지가 낮은 고전압 불꽃조차도 신경계의 전도 경로에 과부하를 일으켜 불수의 근육 수축을 유발하거나 심장 박동과 같은 중요한 신경계 기능을 방해할 수 있다. 에너지가 충분히 낮으면 대부분이 공기를 가열하는 데 사용될 수 있으므로 불꽃이 완전히 안정화되어 글로우나 아크가 되지 않는다. 그러나 에너지가 매우 낮은 불꽃조차도 공기를 통해 전기가 통과할 수 있는 "플라즈마 터널"을 생성한다. 이 플라즈마는 종종 태양 표면보다 높은 온도로 가열되어 작고 국소적인 화상을 유발할 수 있다. 전극을 사람의 신체에 부착할 때는 종종 전도성 액체, 젤 또는 연고를 사용하여 접촉 지점에서 불꽃이 형성되어 피부가 손상되는 것을 방지한다. 마찬가지로 불꽃은 금속 및 기타 도체에 손상을 주어 표면을 절제하거나 파이게 할 수 있으며, 이는 전기 에칭에서 활용되는 현상이다. 불꽃은 또한 오존을 생성하며, 오존 농도가 충분히 높으면 호흡 불편이나 고통, 가려움증 또는 조직 손상을 유발하고 특정 플라스틱과 같은 다른 물질에 해로울 수 있다.[22][23]
참조
[1]
문서
Experimental Researches in Electricity
[2]
학술지
A Theory of Spark Discharge
[3]
학술지
Mapping the history of electricity
[4]
서적
Electricity in the 17th and 18th centuries: a study of early Modern physics
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[5]
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Draw the Lightning Down: Benjamin Franklin and Electrical Technology in the Age of Enlightenment
University of California Press
[6]
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The Bosch book of the Motor Car, Its evolution and engineering development
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[7]
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Refrigeration and Air Conditioning Technology, 5E
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The Way Kitchens Work: The Science Behind the Microwave, Teflon Pan, Garbage Disposal, and More
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문서
Experimental Researches in Electricity
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