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테슬라 코일은 유명한 과학자 니콜라 테슬라와 연관이 있어
우리가 오늘날 쓰고있는 교류전기를 발명한 시대의 천재 과학자야.
그 전까지는 에디슨이 만든 직류전기를 쓰고 있었어.
교류는 전류의 방향이 시간마다 바뀌는걸 교류전기라 하고
직류는 그냥 문방구에서 파는 건전지 연결하면 한 방향으로 전기 흐르는게 직류임.
지금 우리가 가정에서 사용하는 전기는 모두 교류라고 생각하면 됨.
테슬라는 교류전기를 넘어서서 전세계 모든 사람에게 무선으로 에너지를 공급할 수있는
에너지 탑을 세우길 원했는데
여기에 사용되는 변압 코일이
"테슬라 코일" 되시겠다.
지금 우리가 사용하고있는 모든 무선통신기술, 무선충전기술은
이미 100년 전에 테슬라가 고안해낸 기술임.
테슬라는 자신의 테슬라 타워를 완성시키 위해서 연구를 하는데
일반 가정에서 쓰이는 전압보다 훨씬 말도안되는 큰 전압을 필요로 하게 된다는 사실을 알게됬어
수백만볼트 이상의 전압이 필요했는데 이는 당시에 존재하지 않는 기술이었거든.
일반 변압기로는 한계가 있었어
변압기는 철심에 감긴 도선의 감은 수의 비,
즉 N1 : N2 비로 전압을 증폭, 또는 감소 시킬 수 있는 장치야.
당시에 가정용 전압이 몇인지는 모르겠지만
수백만 볼트로 승압하기 위해선 말도안되는 횟수의 권선을 감아야 했어.
예를 들어 현재 220V의 전압을 220만로 승압하기 위해선
220V쪽 보다 1만배 정도 권선을 더 많이 감아야 하는데
220V 쪽에도 1번만 감기는게 아니고 도선이 말도 안되게 길어 지니까
효율도 너무 안좋게 됨.
이러한 한계를 딛고 테슬라가 고안해 낸 장치가 바로 테슬라 코일.
저 파괴적으로 보이는 인공 번개들이 실제로는 그다지 위험하지 않다는 것.
전기회로로 간단히 그리자면 이렇게 구성되 있어
테슬라는 전자기적 '공진'을 이용해서 큰 변압비를 얻어내는데 성공 했는데
'고유 진동수' 맞춰서 충격을 가하면 그 충격이 작을 지라도 시간이 자나면
엄청나게 증폭이 되는 원리를 전자기 영역에서 구현한 케이스지
주 전원에서 1차 변압기로 수만V로 변압이 되면 왼쪽 회로의 콘덴서에 에너지가 저장되다가
그 에너지가 스파크 갭 사이의 공기를 찢고 방전될 만큼 모이면 팍 방전되면서 1차 코일의
에너지가 2차 코일로 옮겨지고 상부의 트로이드에 또 전달되고. 또 토로이드에서 방전되고.. 주절주절주절 어쨋든
과정이 반복적으로 일어나더니??
전압이 팍~ 올라갔다가 팎~ 내리갔다.
하고 코일, 콘덴서가 밀고 당기고 하다보니
전압이 수백만 볼트로 팍~~ 수직 낙하 하드라
공대 게이들은 모를래야 모를 수 없는 임피던스 특성들을 이용한 전자기적 공진을 이용한 승압이지.
그 결과 테슬라 코일 주변으로 엄청난 세기의 전자기장이 형성되고, 토로이드에서 또 충분한 전기에너지가 모이면
공기중으로 방전되는거야
그런데 왜 이런 고압 승압용 테슬라 코일을 만드는 걸까??
아까도 언급했지만 테슬라는 무선으로 전력을 사람들에게 공급하고 싶었어
강력한 전기장을 만들어 전선이
없이도 전구에 불이 들어오게 하고 싶었던 거지.
전구에 전선을 연결해 주는 이유는 물리적으로 회로를
만들어 줌으로써 전구를 제한된 전기장 안에 두기 위함이야
코일 주변에 형성된 강력한 전기장이 있으면 전선이 연결되지 않고도 불이 들어오게 된다.
소형의 경우에는 옷을 입은 정도만으로도 거의 인체에 대미지를 못입힘.
어떻게 테슬라 코일에서 방전되는 수백만 볼트의 전압을 어떻게 아무렇지 않게 다루는 것일까?
그 비밀은 바로 전류야.
전기충격에서 전압이 아니라 전류가 저승사자 역할을 한다는 것.
실제로 우리가 심심찮게 경험하게 되는 정전기 있지??
그 정전기만 해도 작게는 2000V에서 많게는 1만 5천V까지 올라가.
살짝 따끔하고 말 정전기가 사실은 우리집 벽에 붙어있는 콘센트 220V 짜리보다 높은 전압이라니...
2층에서 볼링공을 사람 머리위에 떨어뜨리는 상황을 가정용 220V 콘센트 라고 할 수 있고
13층에서 쌀알 하나 떨어 떨어뜨리는 상황을 우리가 일상에서 경험하는 정전기 정도로 생각할 수 있어.
이와같이 테슬라 코일에서도 2차코일에 흐르는 전류를 매우 낮게 제한시켜
전압은 높지만 전류가 매우 약하게 설계하기 때문에 인체에 치명적이지 않은거지.
그리고 많이 흐르도록 설계할 수도 없어. 실제로 그렇게 되면 번개 정도의 파괴력을
가지게 될텐데 현재로써는 제어가 불가능 하지.
에너지론적인 관점에서도 봤을때
가정용 전기를 200만 볼트짜리로 승압하면 당연히 전류는 급락해야 에너지 보존법칙을 만족하게 될거야.