⚡ 직류도 '켜고 끄는 순간'에는 전파가 생겨요

직류라도 스위치를 켜거나 끄는 순간에는 전류가 0에서 갑자기 흐르기 시작하거나, 흐르다가 갑자기 멈춥니다. 바로 그 짧은 순간에는 전자의 움직임이 변하기 때문에 아주 잠깐 전파가 튀어 나갑니다. 라디오를 켜 둔 채 근처에서 전등 스위치를 누르면 '틱' 하는 잡음이 들리는 것도 이 때문입니다. 하지만 전류가 일정하게 흐르기 시작하면 변화가 사라지므로 전파도 더 이상 생기지 않습니다.

💡 재미있는 사실!

우리 집 콘센트에서 나오는 전기는 1초에 60번(60Hz) 방향을 바꾸는 교류입니다. 너무 빨라서 전등이 깜빡이는 것을 눈으로는 알아챌 수 없지만, 실제로는 1초에 60번씩 극이 바뀌고 있는 것입니다.

🧑‍🏫 선생님·학부모님을 위한 설명 도움말

원리 자세히 보기

• 60 Hz를 정확히 세면 — 60 Hz는 1초에 60번 왕복한다는 뜻입니다. 한 번 왕복하는 동안 방향이 두 번 바뀌므로, 방향이 바뀌는 횟수로 세면 1초에 120번입니다. 한 번 왕복하는 데는 약 0.0167초(16.7 ms)가 걸립니다. 전등의 밝기는 전류의 방향과 상관없이 세기에 따라 달라지므로, 백열등이나 일부 조명은 1초에 120번 밝기가 살짝 출렁입니다.
• 220 V는 '실효값' — 콘센트의 전압은 늘 220 V가 아니라 약 +311 V와 －311 V 사이를 오르내립니다(311 ≈ 220 × √2). "220 V"는 같은 시간 동안 같은 열을 내는 직류 전압으로 바꿔 말한 값(실효값)입니다.
• 전자는 거의 제자리에서 떨린다 — 단면적 1 mm²인 구리선에 1 A가 흐를 때 전자들의 평균 이동 속도는 1초에 약 0.07 mm에 불과합니다. 교류에서는 그마저 1/120초마다 방향을 바꾸므로, 전자는 1 μm(1000분의 1 mm)도 안 되는 거리를 왔다 갔다 할 뿐입니다. 스위치를 켜자마자 전등이 켜지는 것은 전자가 빨리 달려서가 아니라, 전자를 밀어 주는 전기장이 빛에 가까운 속도로 전선을 따라 전해지기 때문입니다.
• 송전에 교류를 쓴 이유 — 변압기 — 전선에서 열로 사라지는 손실은 전류의 제곱에 비례합니다. 전압을 10배 높이면 같은 전력을 1/10의 전류로 보낼 수 있어 손실은 1/100로 줄어듭니다. 변압기는 '변하는 자기장'으로 전압을 바꾸는 장치라서(전기와 자기의 관계의 전자기 유도) 교류에서만 작동합니다. 우리나라는 154·345·765 kV(킬로볼트)의 높은 전압으로 송전하고, 동네 전봇대에서 22.9 kV로, 다시 변압기를 거쳐 집에서는 220 V로 씁니다.
• 집 안 기기 속은 대부분 직류 — 휴대전화·노트북·LED 전등의 전자 회로는 직류로 움직입니다. 충전기와 어댑터는 교류를 직류로 바꾸고 (정류) 전압을 낮추는 장치입니다. 건전지, 휴대전화 배터리, 태양전지는 처음부터 직류를 냅니다.
• 콘센트 교류는 왜 전파를 거의 안 낼까? — 60 Hz 교류도 변하는 전류이지만 파장이 약 5,000 km나 되어, 집 안의 짧은 전선은 안테나 역할을 거의 하지 못합니다(주파수 편의 안테나 길이 표 참고). 방송·통신용 전파는 수백 kHz에서 수십 GHz까지, 훨씬 빠르게 바뀌는 교류로 만듭니다.

직류와 교류 전력의 발전사

비유로 설명하기

• 교류는 "톱질"과 같습니다. 톱날은 앞뒤로 왔다 갔다 할 뿐 어디로도 가지 않지만 나무는 잘립니다. 교류의 전자도 제자리에서 떨기만 하지만, 그 떨림을 통해 에너지가 전등과 가전제품에 전해집니다. 직류는 "한 방향으로 흐르는 강물"에 비유할 수 있습니다.

자주 하는 오해

• "교류에서는 전자가 발전소와 우리 집 사이를 왕복한다" — 전자는 거의 제자리에서 아주 짧은 거리를 떨 뿐입니다. 발전소에서 오는 것은 전자가 아니라 에너지입니다.
• "220 V 콘센트의 전압은 언제나 220 V이다" — 실제로는 1초에 60번 +311 V와 －311 V 사이를 오르내리며, 순간적으로 0 V가 되는 때도 있습니다. 220 V는 평균적인 효과를 나타낸 값입니다.

함께 해 볼 질문·활동

• 휴대전화 충전기나 노트북 어댑터의 작은 글씨(예: INPUT AC 100–240 V 50/60 Hz, OUTPUT DC 5 V)를 읽고, 무엇이 교류로 들어가 직류로 나오는지 표로 정리하기
• LED 하나를 코인 전지(CR2032)에 대 보고, 다리를 반대로 바꿔 대면 불이 켜지는지 확인하기. LED는 한 방향으로만 전류를 통과시키므로 직류의 '방향'을 눈으로 볼 수 있습니다(코인 전지는 어린아이가 삼키지 않도록 꼭 보관에 주의하세요).
• 스마트폰 슬로모션 촬영으로 형광등이나 조명을 찍어 보고, 밝기가 깜빡이는 줄무늬가 보이는지 관찰하기(조명 종류에 따라 보이지 않을 수도 있습니다)