정전기가 겨울에 특히 잘 일어나는 과학적 이유

찬 바람이 불어오는 겨울철에 자동차 문 손잡이를 잡거나 두꺼운 스웨터를 벗을 때 "따끔" 하는 불쾌감을 주거나 불꽃이 튀는 경험을 받으신 적이 있을거에요. 간혹 사람과 손을 마주칠 때도 전기가 통하고는 합니다. 이처럼 일상생활에서 우리를 놀라게 만드는 불청객이 바로 정전기 입니다.

그렇다면 덥고 습한 여름에는 좀처럼 만나기 힘든 정전기가 겨울에 특히 잘 일어나는 과학적 이유는 무엇일까요? 단순히 기분 탓이 아리나 여기에는 대기중에 있는 수분과 물질을 구성하는 전자의 이동이 만들어내는 물리학적 법칙이 숨어있습니다. 오늘은 정전기가 무엇이고 어떠한 원리를 가지고 있는지, 겨울철에 왜 정전기가 더 잘 발생하는지 알려드리겠습니다.

멈춰있는 전기 정전기란 무엇일까?

정전기가 겨울에 심한 이유를 알기 위해서는 먼저 정전기가 어떻게 만들어지는지 알아야 합니다. 한자로 정전기는 흐르지 않고 머물러 있는 전기라는 뜻을 가지고 있는데요. 과연 어떤 과학적 의미를 가지고 있는지 자세히 소개해 드리겠습니다

가벼운 전자의 이동과 불균형

세상의 모든 물질은 원자로 이루어져 있고, 원자 안에는 + 전하를 띠는 원자핵과 - 전하를 띠는 전자가 균형을 이루고 있습니다. 그런데 이 중 - 전하를 띠는 전자는 아주 가볍고 자유로워서 외부에서 마찰을 가하게 되면 다른 물체로 이동하는 경향이 강합니다.

우리가 옷을 입고 움직일 때마다 피부와 옷 사이에는 수많은 마찰이 일어나는데요. 이때 전자가 한쪽으로 쏠리면서 우리 몸에는 전자가 과도하게 쌓이게 됩니다. 이렇게 몸에 쌓이 전기가 밖으로 나가지 못하고 머물러 있는 상태가 바로 정전기입니다.

쌓였던 전기가 한번에 폭발하는 방전

몸속에 갇혀있던 전자들은 밖으로 탈출하고 싶어 안달이 난 상태가 됩니다. 그러다가 금속으로 된 물 손잡이나 다른사람의 신체, 전기가 잘 통하는 물질에 닿는 순가 억눌려 있는 수만 볼트의 전자가 순식간에 이동하게 됩니다. 이때 발생하는 강한 충격과 불꽃을 과학적으로 방전이라고 부르는데요. 이것이 우리가 느끼는 정전기의 짜릿한 통증입니다.

정전기가 겨울에 유독 심한 이유

그렇다면 왜 전자는 유독 겨울에만 우리 몸에 쌓여서 방전을 일으킬까요? 그 결정적인 해답은 바로 공기 중의 물 분자, 습도에 있습니다.

물 분자는 전자를 실어 나르는 천연 피뢰침

공기 중에 떠다니는 수증기는 전기가 매우 잘 통하는 성질을 가지고 있습니다. 여름철에는 공기 중에 수증기가 가득하기 때문에 우리 몸에 마찰로 인해 전자가 쌓이려고 해도 물 분자들이 피부에 닿아 전자들을 공기중으로 이동시키게 됩니다. 즉 전기가 몸에 쌓일 틈이 없이 자연스럽게 빠져나가는 것이에요.

버스가 끊긴 겨울의 전자들

이해하기 쉽게 버스 정류장에 비유해 보겠습니다. 우리 몸을 버스 정류장이라고 생각하고, 전자를 승객, 공기 중의 물 분자를 버스라고 생각해 봅시다.

여름에는 버스(수증기)가 1분마다 자주 오기 때문에 승객 (전자)들이 정류장에 쌓이지 않고 빠르게 이동할 수 있습니다. 하지만 춥고 건조한 겨울에는 버스가 완전히 끊어지게 되는데요. 결국 정류장에 많은 승객들이 움직이지도 못하고 가득 쌓이게 됩니다.

그러다가 갑자기 택시나 다른 교통 수단(도체)이 나타나게 되면, 수많은 승객들이 한꺼번에 타기 위해 우르르 몰려들면서 충돌(스파크)이 발생하게 됩니다. 겨울철 실내 습도가 2~30%로 뚝 떨어지는 건조한 환경이 정전기의 완벽한 환경을 만들어주는 셈입니다.

겨울철 옷차림이 정전기를 부른다?

습도 외에도 우리가 겨울에 즐겨 입는 옷의 소재가 정전기를 극대화시킵니다. 물질마다 전자를 잃기 쉬운 성질과 얻기 쉬운 성질이 다른데요. 이것을 순서대로 나열한 것을 대전열이라고 합니다.

겨울철에 자주 입는 니트 소재는 전자를 쉽게 잃어 + 가 되려는 성질이 강하고 패딩이나 플리스의 주소재인 폴리에스터, 아크릴 같은 합성섬유는 전자를 쉽게 얻어 - 가 되려는 성질이 강합니다.

우리가 합성섬유로 된 옷을 입고 그위에 털 스웨터를 입은 뒤 움직이면 두 극단적인 소재가 계속 마찰하면서 엄청난 양의 전자가 이동하여 강력한 정전기 폭탄이 만들어지게 됩니다.

짜릿한 정전기를 예방하는 생활속 방지방법

과학적 원리를 알게 되었다면 이를 역이용하여 정전기를 예방할 수 있습니다. 핵심은 결국 습도 조절에 있습니다.

1. 피부 보습은 필수: 핸드크림이나 바디로션을 발라 피부에 인공적인 수분 보호막을 만들어 주면 전자가 쉽게 빠져나갑니다.
2. 금속을 만지기 전 벽치기: 문 손잡이를 잡기 전, 손바닥으로 벽이나 나무 문을 먼저 짚어보세요. 벽과 나무는 전기가 천천히 통하는 물질이므로 몸에 쌓인 정전기를 아프지 않고 부드럽게 밖으로 흘려보낼 수 있습니다.
3. 옷핀 활용하기: 정전기가 힘한 니트나 코트 안쪽 밑단에 작은 쇠 옷핀을 꽂아 두면 옷핀이 이뢰침 역할을 하여 공기중으로 정전기를 방출시켜 줍니다.

이렇게 정전기가 겨울에 특히 잘 일어나는 과학적 원리에 대해 알려드렸습니다. 단순히 짜증나는 현상 같지만 그 속에는 미시 세계의 원자 단위에서 일어나는 물리 법칙이 숨어 있습니다. 건조한 날씨일수록 실내 습도를 4~60%로 잘 유지하고 충분한 보습을 하여 불꽃이 튀는 정전기 없이 생활해보시기 바랍니다.