옴과 줄의 전기 연구

[전기 연구의 발달사] 전기와 자극의 연구에서 큰 공헌을 한 앙페르에 이어, 독일의 게오르크 시몬 옴(1789~1854년)은 전류와 전압의 관계를 밝히는 연구 성과를 거두었다. 그 후 영국의 찰스 휘트스톤(1802~1875년)은 전기 저항을 정확하게 재는 방법을 발견하였다. 또한 미국의 조지프 헨리(1797~1878년)는 전신기에서 가장 중요한 부분인 전자석에 대해 연구하였다. 돌턴의 제자였던 영국의 제임스 프레스콧 줄(1818~1889년)은 전기와 열의 관계를 밝혀 전열 공업의 기초를 닦았다.

[옴의 법칙] 독일의 과학자 옴은 앙페르와 함께 훌륭한 업적을 남겼다. 옴은 전기의 연구에 필요한 기전력, 전류의 세기, 전기의 저항 등에 대한 생각을 분명히 밝히고 이들 사이의 관계를 연구하였다. 옴은 '전류의 세기는 전선의 두 끝에 가해진 전압에 비례하고 저항에 반비례한다'는 옴의 법칙을 발견하였다.

[과학자 줄] 줄은 영국의 맨체스터(잉글랜드 랭커셔 주의 남동부에 있는 도시)에서 가까운 샐퍼드라는 마을에서 태어났다. 유명한 과학자 돌턴 밑에서 4년 동안 공부한 뒤에 독학으로 공부하였다. 20세부터는 집에서 혼자 실험을 하며 공부를 계속했다. 그는 당시 보급되기 시작하던 증기 기관 대신에 전지에 의한 모터를 동력으로 사용할 수 없을까 하고 연구하였다. 그러나 전지의 재료가 비싼 데다가 거기에서 얻어지는 동력이 실용적이지 못하다는 것을 알고는 실험을 그만두었다. 줄은 일생을 양조업자로 지냈으나, 그의 업적은 학자들 사이에서도 인정을 받아서 1850년에는 영국의 왕립 협회 회원으로 뽑혔다. 열이 에너지임을 보였고 에너지 보존의 법칙의 길을 열어 놓은 줄은 1889년에 70세로 세상을 떠났다. 오늘날 일이나 에너지의 단위로 쓰이는 줄(J)은 그의 이름에서 따온 것이다.

[줄의 실험 장치] 줄은 열이 얼마만큼의 기계적인 일에 해당하는가(이것을 열의 일당량이라고 함)를 조사하기 위해 여러 가지 실험을 하였다. 이들 실험 중에서 줄의 날개차 실험은 유명하다. 이것은 추가 아래로 떨어지는 힘으로 물속의 날개차를 돌리고, 그때 물과 날개차의 마찰로 생기는 열량을 재는 실험이었다. 오늘날에도 이 실험 장치를 줄의 실험 장치라고 부른다. 그 당시까지는 열은 일종의 물질이라고 생각했는데, 줄은 열은 기계적인 일과 똑같은 에너지의 한 형태라고 생각하였다.

[더 알아보기-일과 에너지의 단위 줄] 일과 에너지의 단위는 J(줄)로 나타낸다. 1J은 1뉴턴(N)의 힘으로 물체를 1m 움직이는 동안에 하는 일, 또는 그 일로 환산할 수 있는 에너지의 양을 뜻한다. 즉 '1J=1N·m=10의 7제곱 에르그(erg)'이며, 1와트(W)의 전력을 1초 동안에 소비하는 일의 양과 같다.

[더 알아보기-줄의 법칙] 도선에 전류가 흐를 때 단위 시간 동안에 도선에 발생하는 열량(줄 열의 양)은 전류의 세기의 제곱과 도선의 전기 저항에 비례한다는 법칙이다. 이 법칙은 1840년에 영국의 물리학자 줄이 발견한 것으로, 전기와 열의 관계를 정하는 법칙이다.