컴퓨터 구조 1. 전기 이론 기초

| 전기 이론 기초

컴퓨터의 천적

 

프로그래머들의 밥통인 컴퓨터는 위대한 발명품 이지만 전원 코드가 뽑혀 있다면 아무것도 하지 못합니다. 컴퓨터는 전기를 왜 필요로 하는 것 일까요? 전기 없이 아무것도 하지 못하는 컴퓨터의 구조를 이해하려면 전기에 대한 기초적인 이론이 배경에 깔려 있어야 합니다. 

| 전기가 발생하는 원리

원자의 구조

 

과학자들에 의하면 세상의 모든 물질은 원자로 구성되어 있다고 합니다. 

 

원자는 원자핵(중성자+양성자)과 전자로 이루어져 있는데 우리가 주목할건 바로 전자입니다. 전자는 위의 그림처럼 평소에는 원자핵 주변을 특정 궤도를 따라 움직이지만 다른 원자와의 마찰과 같은 외부 에너지가 가해지면 궤도에서 벗어나 인접한 다른 원자로 이동하기도 합니다. 이렇게 이동 가능한 전자를 자유 전자라고 합니다.

 

전기 이야기를 하다가 갑자기 원자에 대해서 설명하는 이유는 원자를 구성하는 전자와 양성자가 전기적인 특성을 띠고 있기 때문입니다. 전기적인 특성을 띠고 있는 상태를 전하라고 하며, 전기가 양(+), 음(-) 두가지로 구분되기 때문에 양(+)전기가 더 많은 상태를 양전하라고 하고 음(-)전기가 더 많은 상태를 음전하라고 합니다. 

 

 

전자는 항상 음전하, 양성자는 양전하를 띠는 특성이 있습니다. 때문에 위 그림에서도 알아보기 쉽게 원자의 주변을 돌고 있는 전자는 - 로, 원자핵에 있는 양성자는 + 로 표기하고 있는데요.

 

(A) 그림을 보면 평소에는 양전하를 띤 양성자와 음전하를 띤 전자의 수가 동일하게 유지되면서 균형을 이루고 있습니다. 이 상태에서는 전기적 특성을 가지지 않으며, 중성상태라고 합니다. 하지만 전자는 매우 가볍기 때문에 외부 에너지로 인해서 원자의 궤도를 벗어날 수 있습니다.

 

만약 (C) 그림과 같이 전자가 원자를 벗어나면 원자를 이루는 양전하(양성자)와 음전하(전자) 중 양전하가 더 많아지면서 결국 원자가 양전하를 띠게 됩니다. 중요한건 전자가 이동할 때 에너지가 발생하는데 이 에너지가 바로 전기입니다. 때문에 전자의 이동 방향과 전기가 흐르는 방향은 반대입니다.

 

| 정전기

전기 고양이 (Electric cat)

고양이를 쓰다듬으면 피카츄처럼 전기가 흐르는 이유가 밝혀지는 순간입니다. 우리는 전기가 자유 전자의 원자간의 이동을 할 때 발생하는 에너지라는걸 알기 때문에 고양이 털을 쓰다듬으면 집사의 손과 마찰로 인해서 털에 있는 전자가 집사의 손으로 옮겨지고 털은 음전하를 띠며 집사의 손은 양전하를 띠게 되기 때문에 전류가 흐르게 되면서 정전기가 발생하는 비밀을 알았습니다.

 

다음 글에서는 과거 컴퓨터가 전기를 활용하면서 어떻게 발전을 하게 되었는지에 대해서 배워봅시다.