폴란드 출신으로 1903년 노벨 물리학상을 받고, 1911년 노벨 화학상을 받은 최초의 여성과학자를 아시나요. 맞습니다. 바로 퀴리부인입니다. 퀴리부인은 근대 과학사에 큰 획을 그은 과학자 중 한 명입니다. 더구나 퀴리부인의 큰 딸과 사위도 1935년 노벨화학상을 수상해 '노벨상 가문'으로 불려도 손색이 없습니다. 하지만 퀴리부인의 남편에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다. 퀴리부인의 남편인 피에르 퀴리도 퀴리부인과 함께 방사선분야에 대한 업적으로 공동으로 노벨상을 수상하기도 했는데요. 사실 피에르 퀴리의 업적은 다른 곳에 있습니다. 바로 압전현상을 발견한 것입니다.

■퀴리형제에 의해서 발견된 압전현상(모양변화에 의한 전기 발생)

1859년 5월 15일 프랑스에서 태어난 물리학자인 피에르 퀴리는 결정학, 자기, 압전 효과, 방사선 분야의 선구자입니다. 그는 1880년 형인 자크 퀴리와 함께 최초로 압전 효과를 발견했습니다. 압전현상이란 특정한 결정구조를 가지고 있는 물질에 응력을(누르거나 당기는 힘) 가하면, 힘에 비례하여 변형된 물질의 표면에 전기장이 발생되고(1차 압전 효과), 반대로 결정 재료 표면 사이에 전기장을 걸어주면 결정성 재료에 기계적인 변형이 생기는 것으로(2차 압전효과), 전기적 에너지와 기계적 에너지가 상호 변형되는 특이한 현상을 말합니다. 전기를 가하면 물질의 모양이 바뀌고, 물질의 모양을 바꾸면 전기가 생긴다는 의미입니다.

■주변에서 만날 수 있는 압전물질

압전 효과를 가지고 있는 결정성 물질의 대표적인 것이 수정입니다. 퀴리 형제가 처음 압전효과를 발견한 물질이 바로 이것입니다. 수정의 압전효과는-지금은 거의 사용되지 않지만-오래된 시계를 살펴보면 수정진동자를 관찰할 수 있습니다. 시계의 중심 부분에 보면 조그맣게 'Quartz'라고 적혀져 있을거에요.

수정은 전기가 가해지면 일정하게 진동하기 때문에 시계로서 임무를 완수할 수 있었습니다. 이런 변환을 만들어 주는 압전체는 가스레인지의 점화 장치에도 들어갑니다. 손잡이를 돌려 압력을 가하면 전기가 생성되고 불꽃이 점화되면서 가스와 만나 불이 붙게 되는 것이지요. 요즘은 압전효과를 이용한 센서도 사용됩니다. 과적감지기(무게감지기)는 무거운 자동차가 지나가면 센서에 큰 변형이 일어나고, 이에 비례해서 큰 전기신호가 나오므로 과적을 감지할 수 있게 됩니다. 반대로 전기신호를 가하게 되면 진동이 일어나는 2차 압전효과를 이용하기도 하는데요, 대표적인 것이 초음파 진동가습기입니다. 진동소자에 전기를 걸어주면 진동자가 매우 빠르게 진동하게 되고, 초당 2만 번 이상 진동하도록 설계를 하여 가습기의 진동자로 사용하게 됩니다.

압전물질을 신발 밑창에 붙이고 걸으면 어떤 일이 벌어질까요. 걸을 때 마다 전기가 생기지 않을까요.

부산생활과학교실 이행자 전임강사