13. 콘센트 두 구멍 중 어느 쪽에서 감전이 될까?

13. 콘센트 두 구멍 중 어느 쪽에서 감전이 될까?

가정용 콘센트에 젓가락을 꽂아서 감전됐다는 사례가 있다.
콘센트의 두 개의 구멍 모두 전기가 흐를까? 아니면 한 개의 구멍에서만 감전이 일어날까?
단상 교류 전기의 흐름을 통해 답을 알아보자.

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1. 전기의 흐름(전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로)
2. 단상 교류 전기의 흐름
3. 콘센트에서 감전

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1. 전기의 흐름(전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로)

단상 교류 전기가 어떻게 만들어지고 어떻게 흐르는지 알기 위해서는
기본적인 전기의 흐름을 알 필요가 있다.

교류전기는 어떤 방향으로 흐를까?
+극에서 -극으로 흐를까? -극에서 +극으로 흐를까?
실제로는 +에서 -로 흐른다.
그런데 전기에너지라고 하는 것은 '전자'의 이동으로 만들어지는 에너지의 한 형태이기 때문에 '전자'는 -에서 +로 이동한다.

그런데 이런 표현은 전기에너지가 어떻게 흐르는 지를 표현하기 위한 하나의 수단에 불과하다.
제대로 표현하자면 전기는 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.


보통 전기의 흐름을 표현할 때 물에 비유할 때가 많다.

두 물통에 들어있는 물 수위가 같다면
두 물통사이에 배관을 연결해도 물의 흐름이 없다.

두 물통에 들어있는 물의 수위가 같다면 물의 흐름이 없다.

그런데 물통1을 위로 올리고 배관을 연결해 본다고 해보자.

물통1을 올려 수위가 물통2보다 높아지면 물의 흐름이 생긴다.

물통 1의 물이 연결배관을 타고 물통2로 이동한다.



전기에서도 마찬가지다.
5V의 배터리와 9V의 배터리가 있다고 해보자.

5V의 배터리와 9V의 배터리 +극과 -극

배터리에서 볼록 튀어나온 부분이 +극이고 반대편이 -극이다.


이때 두 배터리를 연결하게 되면

전위가 더 높은 배터리에서 낮은 배터리로 전류가 흐름

9V배터리의 전위가 5V배터리 전위보다 4V 만큼 더 높기 때문에
오른쪽에서 왼쪽으로 전기에너지가 이동하는 것을 확인할 수 있다.

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2. 단상 교류 전기의 흐름

위에서 전기는 전위가 높은 곳에 낮은 곳으로 이동한다는 것을 알았다.
그러면 단상 교류 전기는 어떤 방식으로 만들어져서 어떻게 흐를까?

교류전기(AC: Alternating Current)

교류전기(AC)는 시간에 따라서 크기와 방향이 바뀌는 전기이다.



이런 전기가 만들어지는 과정을 확인하기 위해 아까 비유했던 물통을 다시 가져와보면

①
물통1과 물통2의 높이가 같을 때는 물의 흐름이 없다. = 전기의 흐름이 없다.
이때 물통1을 조금씩 올리면 연결배관을 통해 물통2쪽으로 물이 흐르기 시작한다. = 전기가 흐르기 시작한다(물통1->물통2)

수위에 따른 물의 흐름과 교류전기 생성과정 비교1

②
물통1이 최대 높이까지 올라갔을 때 연결배관을 통해 가장 많은 물이 흐른다. = 교류전기의 최댓값이 된다(물통1->물통2)
그리고 물통1을 다시 내리기 시작하면 물의 방향은 동일하지만 그 흐름은 점점 작아진다.

수위에 따른 물의 흐름과 교류전기 생성과정 비교2

③
물통1을 계속 내리다보면 어느순간 물통2와 높이가 같아진다. 이땐 어느쪽으로도 물이 흐르지 않는다,
그런데 물통1을 물통2보다 더 내리기 시작하면 이번에는 배관을 통해 반대방향으로 물이 흐르기 시작한다. = 전기의 흐름이 +방향에서 -방향으로 바뀐다.

수위에 따른 물의 흐름과 교류전기 생성과정 비교3

④
그러다가 물통1이 최소 높이까지 내려가면 연결배관을 통해 가장 많은 물이 흐른다. = 교류전기의 최솟값이 된다.(물통2->물통1)
그리고 다시 물통1을 위로 올리면 배관을 통해 흐르는 물이 점점 작아지기 시작한다.

수위에 따른 물의 흐름과 교류전기 생성과정 비교4

이런 과정을 반복해주는 것과
교류전기(AC)의 발생과정은 동일하다.

전기는 코일에 자석의 자기장이 영향을 주면서 만들어진다.

코일에 자석이 영향을 주면서 전기가 만들어짐

그런데 자석이 계속 회전하므로 자기장의 크기와 방향이 바뀌므로
위에서 물통이 위아래로 움직일 때 물의 흐르는 양과 방향이 바뀌듯이
전기도 그 크기가 커졌다가 작아졌다가, +방향으로 흐르다가 -방향으로 흐르다가를 반복한다.

자세한건 앞의 발전기 원리 파트에서 공부해보았다.
https://yyxx.tistory.com/155

1. 동기발전기의 발전 원리와 특징

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3. 콘센트에서 감전

결론부터 이야기하면 콘센트 둘 중에 한쪽 구멍만 감전이 된다.

물통2는 가만히 있고 물통1이 움직이면서 물의 흐름이 변했듯이
콘센트에서도 한쪽은 물통2처럼 기준이 되고 한쪽은 물통1처럼 움직여서 전력을 보낸다.

그렇기 때문에 콘센트의 한쪽은 기준이 되는 곳으로 결국에 따라가 보면 0V전위를 가진 땅과 접지가 되어있다.

콘센트의 한 쪽 구멍은 땅과 접지가 되어 있음

전기는 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는데 땅도 0V전위이고 내가 있는 곳도 0V전위, 내 손도 0V전위이므로 전기가 흐를 이유가 없다. 그러므로 접지가 되어 있는 쪽 구멍에 젓가락을 꽂아도 감전되지 않는다.

하지만 다른 한쪽은 실직적으로 만든 전력을 보내고 있으므로 전위가 0V가 아니다 높은 전위를 가지고 있다.
그러므로 여기에 젓가락을 꽂으면 0V의 낮은 전위를 가지고 있는 내 몸으로 전기가 흘러서 감전이 일어난다.

콘센트의 한 구멍은 접지가 되어 있고, 다른 구멍은 전력이 흐르는 전력선(핫라인)이다. 

이렇게 콘센트 두 곳 중 실제로 일하는 곳은 둘 중 하나이다.
일하는 부분을 우리는 전력선이라고 부르고 핫라인(Hot Line)이라고 부르기도 한다.
두 구멍 중 어느 쪽이 전력선인지는 전기를 시공한 사람에 따라 달라지기 때문에 절대로 젓가락을 어느 쪽에도 꽂아봐서는 안 된다.