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과학 기타Electricity(전기) 語源이 호박돌이야!
일상 생활에서 쉽게 느낄 수 있는 전기 현상은 17세기 이후 부터 그 정체가 속속 드러났다. '미지의 힘'으로만 알려져 왔던 전기에 대해 과학자들은 그 정체가 무엇이며 어떤 힘에 의해 발생되는지 베일을 하나씩 벗겼다． 정보화 사회가 급진전 되면서 전기는 이제 현대인이 살아가는데 없어서는 안 되는 '생활필수품'으로 자리잡았다．전기가 없으면 TV 냉장고등 가전제품은 물론 인터넷도 쓸 수 없다． 공업화 산업화를 가능하게 하고 정보화 시대를 열어 젖힌 원동력인 전기에 대해 그 역사와 원리를 알아보자． 기원전 600년께 그리스 사람들은 호박돌을 헝겊으로 문지르면 깃털이 끌려온다는 것을 알고 있었다. 전기는 영어로 일렉트리시티(Electricity)라고 하는데,이 단어의 어원이 바로 그리스어로 호박(琥珀·장식용 광물)을 뜻하는 일렉트론(Elektron)이다. 전기는 최초에 이 같은 정전기 현상으로 알려지게 됐다. 물론 '끌어당기는 힘'의 정체가 밝혀진 것은 그로부터 한참 후의 일이다. ◆마찰 기계와 라이덴 병 최초의 정전기 발생장치는 17세기 독일의 물리학자 오토 폰 게리케가 발명한 '마찰 기계'로 알려지고 있다. 유황으로 만든 공을 회전시키면서 손으로 마찰하면 정전기가 발생돼 종이조각이나 천조각을 끌어당기는 기계다. 이후 과학자들은 점점 커다란 마찰 기계를 만들어 꽤 많은 정전기를 발생시킬 수 있게 됐다. 18세기에 들어와서는 전기에 두 종류가 있음이 밝혀졌다. 털로 문지른 2개의 호박이 서로를 밀어내고 마찬가지로 비단으로 문지른 유리들도 서로를 밀어낸 반면 호박과 유리는 서로를 끌어당기는 사실을 발견했다. 호박을 비볐을 때 나오는 전기는
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과학 기타
에디슨, 일본 대나무로 전등 필라멘트 실험 성공
위대한 발명가 토머스 에디슨은 수많은 발명품을 내놓았지만 그 가운데 첫손에 꼽히는 작품은 19세기 말 개발한 전등이라고 할 수 있다. 당시 금속 조각에 전지를 연결해 가열하면 빛을 낼 수 있음은 잘 알려져 있었으나 문제는 금속 필라멘트가 몇 시간 만에 녹아버리는 것이었다. 전등 개발에 도전한 에디슨이 처음 필라멘트 재료로 생각한 금속은 백금이었다. 하지만 백금 필라멘트 역시 너무 빨리 타버렸다. 이를 막기 위해 생각해 낸 게 바로 튤립 봉오리를 닮은 작은 유리 용기,즉 전구다. 전구 속을 진공으로 만들면 산소가 없어 필라멘트가 타지 않을 거란 아이디어였다. 하지만 이마저도 실패로 돌아갔다. 에디슨은 새로운 필라멘트 소재를 찾기 시작했고 특히 식물 섬유에 대해 관심을 갖게 됐다. 연구팀원들이 세계 각국을 돌아다니며 섬유를 찾아다닌 끝에 마침내 적합한 소재를 발견했다. 바로 일본의 마다케 대나무였다. 에디슨은 이 대나무의 섬유를 전지에 연결된 선에 끼우고 스위치를 올려 빛을 내도록 했다. 그 결과 이 섬유는 진공 전구 속에서 무려 1500시간이 넘도록 버텼다. 기껏해야 수십 시간 버티던 기존 필라멘트와는 비교할 수 없는 긴 시간이었다. 이후 전구를 쉽게 끼울 수 있는 소켓을 비롯해 스위치 퓨즈 전력선 등 수많은 발명품이 속속 나왔다. 전등의 실용화를 위해 노력한 에디슨 연구팀의 결실이었다.
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과학 기타전류와 전자는 서로 반대로 흐른다
전기가 우리 주변에 존재한다는 사실은 이미 오래 전부터 널리 알려져 있었지만 그 정체가 과학자에 의해 밝혀진 것은 19세기 말이었다. 에디슨이 백열전구를 발명(1879년)한 후 20년쯤 지났을 무렵 영국의 물리학자 J 톰슨은 에디슨의 전구를 응용해 여러가지 실험을 한 끝에 전선 안을 굴러가면서 전류를 만드는 게 아주 미세한 입자라는 것을 알아냈다. 그는 이 작은 입자가 빛도 만들고 열도 나게 한다는 것을 알고 '전자'(일렉트론)라고 이름 붙였다. ◆전기는 전자의 흐름 전자는 전기를 만들어 내는 주역이다. 물체를 문질러 마찰전기를 일으켰을 때 그 물체에 전자가 모여 있으면 음(-)전하를 띤다고 말하고 반대로 물체에서 전자가 없어져 버리면 양(+)전하를 띤다고 일컫는다. 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르듯 전기도 일정한 법칙에 따라 흘러간다. 음전하를 띤 물체와 양전하를 띤 물체를 도선으로 연결하면 반드시 전류가 흐른다. 이 경우 전류는 양극 쪽에서 음극 쪽으로 흐르는 것으로 규정돼 있는데 이것은 과학현상을 설명하기 위한 일종의 약속이다. 과학자들이 양전하 쪽을 전류가 흐르는 방향으로 정했기 때문이다. 그러나 실제 전자의 이동 방향은 다르다. 음극 쪽에는 전자가 많고 양극 쪽에는 부족하기 때문에 결국 양전하와 음전하를 띤 두 물체를 도선으로 연결하면 음극에서 양극으로 전자가 이동해 부족한 부분을 메워주는 것이다. 양쪽의 전자 양이 같아지면 전자의 이동은 중지된다. 따라서 전류의 방향과 전자의 방향은 서로 반대다. ◆자연의 전기 자연에서 많이 보이는 전기현상은 번개와 벼락이다. 양전기와 음전기를 띤 공중의 구름이 서로
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과학 기타
1887년 경복궁에 처음 전등 등장
우리나라에서 처음으로 전등이 선보인 것은 1887년 3월6일 저녁 경복궁 안의 건청궁에서였다. 에디슨이 백열전등을 발명한 지 불과 8년여 만의 일이다. 당시만 해도 전기 시설을 갖추려면 최첨단 기술이 필요했고 자금도 엄청나게 들어갔다. 선진기술을 과감히 받아들이는 왕실의 한 단면을 읽을 수 있다. 그 후 전기 수요는 꾸준히 늘어 10여년 후인 1898년엔 우리나라 최초의 전력회사인 한성전기회사가 설립됐다. 고종 황제가 미국인 콜브란의 협조로 만든 회사다. 한성전기는 서울 시내의 전등 전차 전화 사업권을 갖고 우리나라에 전기를 본격 공급하기 시작했다. 이 회사는 오늘날 한국전력의 모태가 된다. 국내 최초의 전차는 1899년 5월4일 서울 동대문과 홍화문 사이를 운행했다. 이어 1900년에는 서울 시내 길거리에 처음으로 조명용 전등이 등장한다. 전차는 여러 가지 화제를 뿌리며 장안의 명물로 자리 잡고,조명용 전등은 해만 지면 캄캄했던 길거리를 대낮처럼 환하게 밝혀 시민들의 생활에 큰 변화를 가져왔다. 이후 민간 전등 보급은 급속히 확대돼 갔다. 대규모 발전소도 속속 건설됐다. 1929년부터 1945년까지 한반도 북부지역을 중심으로 약 20여개의 발전소가 지어져 전력 공급에 숨통을 텄다. 이어 1964년부터는 농어촌 전화보급 사업이 본격화돼 전화의 생활화가 시작됐으며,1978년에는 경남 고리에 원자력발전소 1호기가 준공됨으로써 원자력 시대가 개막됐다.
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과학 기타
자살·언어구사·공포 등 이런 것도 유전자가 담당?
사람에게는 약 2만5000여개의 유전자가 있다. 우리가 먹고 마시거나 병에 걸리고 낫는 생명활동에 이 유전자들이 깊숙이 관여하고 있다. 이런 유전자 가운데 '자살 유전자(suicide gene)'들은 몸의 세포를 스스로 죽게 만드는 기능을 한다. 노화돼 쓸모가 없거나 병들어 유해해진 세포를 없애는 유전자다. 하지만 정상적인 기능을 벗어나 과도하게 활동하면 일반 세포까지 죽여 질병을 일으키기도 한다. 일부 암에 걸린 세포나 바이러스에 감염된 세포는 이 유전자의 기능을 무력화시켜 세력을 확장해 나간다. 우리 몸은 생존을 위해 암과 같은 비정상적인 세포의 생성과 성장을 막는 유전자를 갖고 있다. 'P53'유전자가 대표적이다. P53은 세포에 유전자 변이가 일어날 때 이를 복원해주는 기능을 한다. 그리고 세포가 암으로 발전해 이상 증식하려고 하면 세포의 분열을 막아 주기도 한다. '폭스피2(FOXP2)'라는 유전자는 사람의 언어 구사 능력에 중대한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 다른 포유동물에도 이 유전자는 있다. 하지만 수십만년 전쯤에 인간과 다른 동물의 폭스피2 유전자 사이에 미세한 염기서열 변화가 생겼고 이로 인해 언어 능력에서 엄청난 차이가 나게 된 것으로 과학자들은 분석하고 있다. 공포감을 일으키는 유전자도 있다. 공포 유전자가 제거된 쥐는 고양이를 보고도 전혀 무서워하지 않고 도망치지도 않는다. 초파리의 '셰이커' 유전자는 수면 시간을 조절해 주며 대장균의 '유빅스' 유전자는 열에 대한 저항성을 키워준다.
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과학 기타
유전자 변형생물이 인간을 노린다?
얼마 전 국정감사에서는 매년 단골 메뉴로 거론되던 이슈가 여지없이 또 나왔다. 유전자변형생물(GMO) 문제다. 이번엔 지난해 수입된 콩 128만ｔ 가운데 77%가 유전자변형 콩인 것으로 나타나 논란을 일으켰다. GMO(Genetically Modified Organism)란 특정한 기능을 가진 유전자를 인위적으로 넣어서 만든 작물이나 동물을 말한다. 빨리 익는 과일이나 제초제에 강한 벼,병원균에 저항성을 가진 감자 등이 그 사례다. 이런 GMO와 관련된 논란은 90년대에 시작돼 아직도 지속되고 있다. GMO가 인간이나 자연계에 해를 입히지 않는다는 뚜렷한 증거가 여전히 나오지 않았기 때문이다. 그런 가운데 미국 중국 아르헨티나 등 주요 곡물 생산국들이 GMO를 광범위하게 생산·판매함으로써 이미 많은 종류의 GMO 식품이 우리 식탁에 오르내리고 있는 게 현실이다. ◆확산되는 GMO 생산 1994년 미국 식품의약국(FDA)은 처음으로 유전자변형(GM)으로 만들어진 토마토의 판매를 허가했다. 이 토마토는 수확한 후 상당히 오랜 시간 운반돼도 잘 물러지지 않도록 만들어진 것이었다. 이후 제초제와 질병에 대해 저항성을 가지거나 생산량을 획기적으로 높인 작물들이 잇따라 등장해 현재 18종 80여 품종이 개발되고 있다. 옥수수 콩 토마토 같은 농산물에서부터 카네이션,장미 같은 화초류에 이르기까지 종류도 다양해 지고 있다. 세계의 콩 재배면적 중에 GMO 콩의 재배면적은 50%에 이르는 것으로 추산되고 있다. 식물 뿐만 아니다. 몸에서 빛을 내는 '형광 열대어' 등 GMO 동물도 등장하고 있다. 대만 업체가 개발한 이 형광 물고기는 관상용 열대어인 제브라피시에 산호초에서 추출한 형광 유전자를 삽입하는 방식으로 탄생됐다. 세계에서
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과학 기타
한국도 3년내 GMO 보유국
국내에서도 제초제에 저항성을 갖는 벼와 고추,해충에 저항성을 가진 감자 등이 이르면 3년 안에 유전자 변형(GMO)농산물로 탄생할 전망이다. GMO를 개발해 '안전성 평가'까지 마치려면 10년 정도 걸리기 때문에 비교적 늦게 연구에 뛰어든 우리나라에서는 아직 상용화된 GMO 작물은 없다. 국내 농·생명 관련 연구기관들이 현재 개발 중인 GMO는 18개 작물 45종.이 가운데 제초제 저항성 벼 등 4종은 이미 안전성 평가의 막바지 단계에 들어가 있어 머지 않아 국내 1호 GMO 제품이 될 것으로 예상된다. 연구가 가장 활발한 작물은 역시 벼로 모두 11종에 이르고 있다. 감자가 7종,가축용 목초인 버즈풋트레포일이 4종으로 뒤를 잇고 있다. 이 외에 고추 상추 배추 콩도 다양한 기능의 GMO로 개발되고 있다. 작물 외에 잔디 같은 식물에 대한 연구도 속속 이뤄지고 있다. 금호생명환경과학연구소는 다양한 종류의 유전자 변형 잔디를 개발,이 가운데 일부를 제주도에서 실험재배하고 있다. 이들 유전자 변형 잔디는 제초제에 저항성을 가지거나 음지에서도 잘 자라는 등 특수한 기능을 갖고 있다. 따라서 이들 잔디를 실용화하면 공원이나 화단,골프장 등에 심어진 잔디의 관리 비용을 획기적으로 줄일 수 있고 잔디 생존율도 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 한편 외국에서 수입되는 GMO 식물은 상당한 숫자에 이르고 있다. 안전성 평가 심사를 끝내고 국내 유통이 허용된 수입 GMO 식품은 옥수수 16종,면화 6종,감자 4종 등 모두 30종에 달한다.
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유전자는 생명체 비밀 담긴 저장소
영화 '쥬라기 공원'을 보면 과학자들이 호박돌 속에 화석으로 남아 있던 오래 전 모기에게서 공룡의 피를 뽑아낸다. 그리고 이로부터 DNA를 복원,마침내 공룡을 다시 세상 속으로 불러오는 데 성공한다. DNA에 포함돼 있는 유전자(Gene)는 이처럼 생명체의 비밀을 모두 담고 있는 정보 저장소다. 유전자에 의해 생명체는 자신과 비슷한 후손을 남길 수 있고 생명 활동을 지속할 수 있다. 이같이 중요한 유전자지만 유전공학 기술의 발달로 인해 현대 사회에서는 상당한 위협으로 다가오기도 한다. 유전자변형생물체(GMO)가 대표적이다. 유전자를 인위적으로 조작함으로써 작물의 생산량을 높이고 질병을 치료할 수는 있지만 이로 인해 자연계의 유전 질서가 대혼란을 일으킬 가능성도 무시할 수 없기 때문이다. 유전자 윤리 문제는 여기에서 비롯된다. 과학잡지 '사이언스'와 '네이처' 최근호에는 미국 연구진의 흥미있는 연구 결과가 동시에 소개됐다. 지난 1918년 전 세계를 휩쓸며 무려 5000만명의 목숨을 앗아간 '스페인 독감'이 조류독감의 일종이었다는 것이다. 이는 조류를 통해서만 옮는 것으로 알려진 조류독감이 사람과 사람 사이에서도 광범위하게 전염될 수 있음을 밝혀낸 충격적인 연구다. 그런데 미국 연구진은 87년 전에 나타났던 독감 바이러스의 정체를 어떻게 알아냈을까. 바로 유전자 덕이다. 미국 연구팀은 알래스카에 묻혀 있던 한 스페인 독감 사망자에게서 조직을 떼내 8개의 유전자를 재구성,바이러스를 재생시키는 데 성공한 것이다. 유전자는 생명체의 정보를 그대로 담고 있는 '생명 정보의 원천'이다. 단세포 생물에서 인간에 이르기까지 모든 생명체에서 일어나는 생명활동은 이