발전과 에너지원 ② {다양한 발전 방식}

해당 차시 학습지 파일

 

통합과학 전개도

 

판서 조직도

 

뭐?!! 에디슨과 테슬라는 서로 라이벌이었다고?!!

 

https://www.youtube.com/watch?v=fJBDrtHw7Wg

 

19세기, 전력 공급 체계를 두고 피 터지게 싸웠던 에디슨과 테슬라. 당시 에디슨은 직류 발전, 테슬라는 교류 발전을 고집했죠. 에디슨의 거대한 자본력과 명성에도 굴하지 않고 테슬라가 승리를 거머쥐게 된 이유, 그와 같은 결을 공유하는 삶의 철학을 오늘 공부할 물리학이 가르쳐줍니다. 

 

2. 발전과 인간 생활

1) 다양한 발전 방식

	화력 발전	수력 발전	원자력 발전
에너지원	석유, 석탄과 같은 화석 연료	높은 곳에 있는 물	우라늄과 같은 핵연료
에너지 전환	화학E →열E→운동E→전기E	퍼텐셜E→운동E→전기E	핵E→열E→운동E→전기E

 

표에 나와 있는 세 가지 발전 방식의 공통점은 무엇일까요? 모두 운동 에너지가 전기 에너지로 전환되는 과정을 포함한다는 것이고, 그 원리가 전자기 유도로 같다는 것입니다. 

발전기

 

각 발전소에 설치되어 있는 발전기는 전자기 유도 현상을 이용하여 전기 에너지를 만드는 장치입니다. 발전기는 자석을 회전시켜서 코일 내부의 자기장을 계속 변화시킬 수 있도록 만들어졌어요. 이러한 구조 때문에 회전 운동을 만들어 내는 동력만 있으면 발전기를 이용하여 전기 에너지를 만들 수 있습니다. 어떻게 보면 석탄이나 우라늄이나 물을 비롯한 대부분의 발전원들은 자석을 회전시키는 역할을 담당하는 셈이죠. 

 

교류 발전과 테슬라

 

발전소에서 생산되는 전기 에너지는 자석의 주기적인 회전에서 비롯되다 보니 그 크기와 방향이 주기적으로 변하는 교류의 형태를 띱니다. 그렇다면 발전기의 전기 에너지 생산 표준을 직류가 아닌 교류로 설정한 까닭은 무엇일까요? 

 

답은 간단합니다, cheap하고 chic해서.

 

에디슨의 직류 발전으로 생산한 전기 에너지는 발전소 0.8km 반경 내에서만 공급되기 쉬웠던 데다, 생산 단가 또한 비쌌기 때문에 소수의 부유층만이 전기의 특혜를 누릴 수 있었습니다. 그러나 테슬라의 교류 발전은 보다 먼 거리의 수요자에게 전기 에너지를 쉽게 공급할 수 있었고, 생산 단가가 저렴했기 때문에 누구나 전기의 특혜를 값싸게 누릴 수 있었죠.

 

수많은 억까에 굴하지 않고 chic했던 테슬라의 깡

 

직류 발전을 회생시킬 기술이 필요했지만 이를 개발하는 것이 불가능하다고 판단했던 에디슨은 결국 테슬라의 교류 발전에 대한 마타도어를 구사하는, 속된 말로 억까 시전을 합니다.

 

 

에디슨은 교류 발전이 직류 발전보다 위험하다는 것을 강조하기 위해 개와 고양이를 교류 전기로 감전시켜 죽이는 것을 대중들에게 스스럼없이 보여주는가 하면, 더욱 극적인 장면을 연출하기 위해 사형수를 전기의자에 앉혀 죽이기도 했습니다. 게다가 고전압 송전으로 손실을 줄이는 교류 발전의 장점을 원천적으로 차단해 버리기 위해 송전압을 800V 이하로 제한하는 법을 만들기 위한 로비활동까지 펼칩니다.

 

 

그러나 이런 에디슨의 꼼수에 가만히 당하고만 있을 테슬라가 아니었어요. 그는 몇 백만 볼트의 교류 발전기 옆에 앉아 chic하게 책을 읽고 있는 장면을 연출함으로써 교류 발전의 위험성에 대한 주장을 일축합니다.

 

나이아가라 폭포의 테슬라 동상

 

이후에 교류 발전에 대한 여러 박람회를 성공적으로 마친 테슬라는 기세를 몰아붙여 나이아가라 발전소 사업 수주에 뛰어듦으로써 에디슨과의 전면전을 준비합니다. 결국 테슬라는 에디슨을 꺾고 계약을 따내는 데 성공합니다. 이를 계기로 교류 발전 체계가 전기 에너지 생산의 표준이 되었어요.

 

2) 다양한 발전의 장단점

 

우리나라에서 사용하는 대부분의 전기 에너지는 화석 연료와 핵연료를 이용하여 생산하고 있습니다. 화력 발전과 원자력 발전(=핵 발전)이 인간 생활에 미치는 영향을 알아봅시다.

	화력 발전	원자력 발전(=핵 발전)
발전소
장점	단기적 안정성과 저비용	장기적 친환경 및 고효율
단점	환경 부담과 자원 고갈 문제	방사능의 위험성과 방사성 폐기물 문제

 

직립보행에서 시작된 여정이 농업으로, 과학으로, 전기로 이어졌듯, 우리가 지금 누리는 전기 에너지는 인류의 지적 진보가 빚어낸 가장 세련된 성취입니다. 그러나 그 빛나는 성취의 이면에는 환경오염과 자원 고갈이라는 그림자가 드리워져 있습니다. 전기의 cheap함은 결국 expensive한 지구의 대가 위에 세워진 것이지요.

 

이제 우리의 과제는 expensive한 희망을 cheap한 현실로 바꾸어내는 일입니다. 태양과 바람 및 물결과 같은 지속가능한 에너지를 모두가 누릴 수 있도록, 테슬라처럼 꺾이지 않는 마음으로 cheap하게 만드는 새로운 chic함을 찾아 나서야 합니다.

 

HAPPY - DAY6

https://www.youtube.com/watch?v=cDwgEGQDMMw

 

그러나 기억해야 할 것이 있습니다. cheap하게 만드는 chic함의 이면에는 언제나 expensive한 열정과 clumsy한 끈기가 숨어 있다는 사실입니다. 수많은 억까에도 굴하지 않았던 테슬라의 열정과 끈기처럼 말이죠.

 

결국 우리 삶도 다르지 않습니다. 우아하게 미끄러지는 백조의 겉모습보다, 수면 아래에서 부지런히 발버둥 치는 물갈퀴가 삶의 본질에 더 가깝습니다. 그렇기에 삶이란 근사하게 보이는 것이 아니라, 꺾이지 않고 성실히 살아가는 것임을 잊지 말아야 합니다. 수많은 억까를 홀로 짊어지며 고단하게 살아가고 있을 여러분이 이 노래를 듣고 잠시 행복해지길 바랍니다. DAY6의 HAPPY를 들으며, 오늘도 물리를 통해 인생을 배웁니다.