전하 보존 법칙에 관한 기사
우주 에 존재하는 모든 물질은 원자로 이루어져 있습니다. 원자는 양성자, 중성자, 전자로 구성됩니다. 양성자는 양전하를 띠고, 전자는 음전하를 띠며, 중성자는 전하를 띠지 않습니다. 원자 내부에는 전자, 양성자, 중성자가 존재합니다. 전자의 수와 양성자의 수가 같으면 원자 전체의 전하는 0이 됩니다. 이러한 원자는 전기적으로 중성입니다. 전자의 수가 양성자의 수보다 많으면 원자는 음전하를 띠게 됩니다. 반대로 전자의 수가 양성자의 수보다 적으면 원자는 양전하를 띠게 됩니다.
모든 물질은 원자로 구성되어 있으므로, 물체를 구성하는 원자의 전자 수와 양성자 수가 같으면 그 물체는 전하를 띠지 않거나 중성입니다. 반대로, 원자의 전자 수가 양성자 수보다 많으면 그 물체는 음전하를 띠게 됩니다. 마찬가지로, 원자의 전자 수가 양성자 수보다 적으면 그 물체는 양전하를 띠게 됩니다.
일상생활에서 흔히 볼 수 있는 많은 물체는 전기적으로 중성입니다. 하지만 이러한 물체도 전기를 띤 물체로 바꿀 수 있습니다. 중성인 물체를 전기적으로 대전시키는 방법은 마찰이나 유도를 이용하는 것입니다. 마찰을 이용하는 방법에서는 대전시키고자 하는 물체를 다른 물체와 접촉시킵니다.
반대로 유도 방식에서는 전기적으로 대전된 물체들이 서로 접촉하는 것이 아니라, 단지 전기적으로 대전된 다른 물체 가까이에 있을 뿐입니다.
원래 중성인 플라스틱이 마른 머리카락과 마찰되면 전기적으로 대전됩니다. 플라스틱이 전기적으로 대전되었다는 증거는 마른 머리카락으로 문지른 두 개의 플라스틱 막대가 서로 밀어내는 것을 보면 알 수 있습니다. 두 플라스틱 막대는 같은 전하를 띠고 있기 때문에 서로 밀어냅니다. 전기적 전하에 대한 설명에서 알 수 있듯이, 벤자민 프랭클린(1706-1790)의 제안에 따른 합의에 따르면 플라스틱이 가지는 전기적 전하는 음전하로 정의됩니다. 플라스틱이 음전하를 띠는 이유는 플라스틱 내 전자의 수가 양성자의 수보다 많기 때문입니다. 중성인 플라스틱이 가지고 있는 과잉 전자는 머리카락에서 온 것이라고 결론지을 수 있습니다. 머리카락의 전자는 플라스틱과 머리카락 사이의 마찰 과정에서 플라스틱으로 이동합니다. 머리카락은 원래 중성이므로 전자가 플라스틱으로 이동하면 머리카락에는 전자가 부족해지고 양성자가 과잉이 됩니다. 따라서 플라스틱은 음전하를 띠게 되고, 머리카락은 양전하를 띠게 됩니다.
마찰 과정에서 전하가 손실되는 것이 아닙니다. 마찰 과정에서 전하가 생성되는 것도 아니고, 전하가 이동하는 것입니다. 플라스틱은 음전하를 띠게 되고, 머리카락은 양전하를 띠게 됩니다.
전하 보존 법칙은 닫힌 계에서 전하는 생성되거나 소멸되지 않고, 단지 한 물체에서 다른 물체로 이동할 뿐이라는 것을 나타냅니다. 어떤 과정에서든 생성되는 순 전하량은 0입니다.
한 물체가 양전하를 띠게 되면, 동시에 다른 물체는 음전하를 띠게 되며, 이때 각 물체는 동일한 순전하량을 갖게 됩니다. 위 설명의 닫힌 시스템은 다음과 같이 그림으로 나타낼 수 있습니다. 예를 들어, 플라스틱과 머리카락이 서로 마찰할 때, 전하 이동은 플라스틱 과 머리카락 사이에서만 일어나고 공기는 관여하지 않는다고 볼 수 있습니다.
