꼬마 전구 실험, 전기/전자 이해의 첫걸음

우리가 학교에서 공부를 하기 시작하면서 전기공학이나 전자공학에 대하여 가장 처음 접한 것은 언제였을까요? 고등학교 물리 시간? 중학교 과학 시간? 아니면 초등학교 고학년?
생각하는 것보다 더 일찍 접했습니다. 초등학교 저학년 과학 시간에 나오는 꼬마전구 실험일 것입니다. 과학의 다른 것들은 다 잊었더라도 꼬마전구실험은 많이 기억들 할 것입니다. 저는 초등학교 1학년 때였던 것으로 기억합니다. 당시엔 국민학교라 하였고, 과학이라 하지 않고 자연이라고 불리던 과목이었지만요. 지금도 초등학교 1학년 때에 이것을 공부하는 모양이네요.
초등학교 1학년 학생들이 하는 이 실험을 시작으로 저의 이야기를 시작해 볼까 합니다.

가장 간단하게 전구는 전기를 연결하면 켜집니다. 회로가 닫혀 있어야 불이 켜진다라고 먼저 배우기 시작하지요.

전구와 전지가 연결하여 닫힌 회로를 만들면 전구에 불이 켜집니다.

첫 번째 실험은 전구의 직렬연결과 병렬연결입니다.

전구를 직렬연결하였습니다. 전구를 하나를 연결하였을 때보다 어둡다 못해 불빛이 잘 보이지도 않네요. ㅡㅡ;

 

전구를 병렬인결하였습니다.

전구를 직렬로 연결하면 전구가 어두워집니다. 전구를 병렬로 연결하면 밝기는 변하지 않지만, 전지는 빨리 소모됩니다. 그때는 전지가 다 소모될 때까지 기다려 보지도 않고, 어떻게 전지가 더 빨리 소모되는지 알았을까요? 전구를 직렬로 연결했은 때, 전지 소모가 더 빨리 되는지 더 느리게 되는지는 생각해 보지 않았던 것 같네요.

다음 실험은 전지의 직렬연결과 병렬연결입니다.

전지 2개를 직렬연결하고 전구와 닫힌 회로를 만들었습니다. 불빛이 많이 밝아졌네요.

전지 2개를 병렬연결하고 전구를 밝혔습니다. 밝기는 그대로인 것 같네요. 

전지를 직렬로 연결하면 전구가 밝아집니다. 전지를 병렬로 연결하면 밝기는 변하지 않지만, 전지는 더 오래갑니다.
역시나 그때는 어떻게 알았을까요?

그 때는 전구가 밝아지는 것은 눈으로 보이는 것이니 그대로 받아들인 것 같습니다. 전지가 더 오래가는지 덜 오래 가는지는 그저 직관적으로 느꼈던 것이라고 할까요?
공학은 과학자들이 찾은 물리 현상을 이용해서 앞으로 일어날 일을 예측하고 그 결과를 우리 생활에 유용하게 쓰일 수 있도록 하는 것입니다. 전구의 밝기가 어떻게 될까? 전지는 얼마나 더 사용할 수 있을까? 이와 같은 물음에 대한 답을 예측하고 증명하고, 그것을 활용합니다.

이제부터, 어린 시절 그저 직관적인 느낌으로만 답을 했던 것을 약간의 물리학적 지식을 더하여 생각해 보도록 하겠습니다.

 

※ 위에 있는 사진들에서 사용된 전지 홀더는 원래 직렬연결된 2개짜리 홀더입니다. 1개짜리를 찾지 못하여 그냥 2개짜리에 1개만 끼우고, 단자 사이에 전선을 집어 넣어서 사용한 것입니다. 전지홀더는 2개짜리이지만, 전지는 1개만 사용된 것입니다. 불밝기도 제대로 안 보일 수 있는데, 사진을 이쁘게 찍지 못해 죄송해요.