피뢰침 원리를 만나는 플라스마 볼

영화 같은 데서 종종 보면 마법사 같은 사람이 어두운 방에서 주문을 외우고 큰 유리공에 손가락을 대면 유리공 속의 번개가 마법사의 손가락으로 모여드는 장면 같은 걸 볼 수 있습니다. 도대체 어떻게 유리공 속에서 작은 번개가 이리저리 춤을 추고 다니는지, 그리고 어떻게 손가락으로 그 번개가 모여드는지 볼수록 신기한 이 물체는 어떤 과학 원리로 이런 모습을 연출하는지 탐구한다면 재미있는 과학 홈스쿨링이 되지 않을까요? 

원리 이해보다 중요한 호기심을 유도하자

이 과학 장난감은 정확히 플라스마 볼이라고 하는데, 자세한 이해를 돕기 위해서 설명을 하자면 플라스마 상태부터 설명해야 할 것 같습니다. 물체의 상태는 보통 고체와 액체, 기체로 나뉘는데 기체(특히 비활성 기체)에 아주 높은 전압을 가하면 기체 가스 분자의 원자와 전자가 이온화되는 상태가 되는데 이런 상태의 가스 또는 이러한 상태를 플라스마라고 합니다.

이렇게 설명하면 다소 어려운 개념처럼 느낄 수 있지만 생활 속에서 우리가 알고 있는 번개나 극지방의 오로라가 바로 이런 플라스마 현상의 예라고 하면 아주 생소한 개념으로 받아들여지지는 않을 것입니다. 뿐만 아니라 우리 생활에 이용하는 기계 중에서는 형광등이나 네온사인도 이 플라스마 상태이고 PDP TV를 만드는 기술도 이것을 이용한 것입니다. 

하지만 이 과학 장난감은 이러한 개념의 원리를 직접 학습시키는 것보다는 플라스마 볼이 가진 신기한 모습을 통해 아이들이 과학 현상에 대해서 더 많은 관심과 호기심을 가지고 더 탐구할 수 있도록 동기를 부여하는 데 초점을 맞추고 과학 홈스쿨링을 하는 것이 적합할 것 같아 오늘 소개하게 되었습니다.

일단 이 과학 장난감은 필자인 제가 아이들과 홈스쿨링을 해 보아도 그 신기한 모습으로 인해 주목 효과는 다른 어떤 과학 장난감보다도 뛰어났던 것을 기억합니다. 어두운 방에서 아이와 이 플라스마 볼 전원을 켜면 내부가 비어 있는(사실은 헬륨 가스가 가득 차 있는 상태입니다) 유리공에서 작은 번개들이 이리저리 움직이고 있습니다. 이때 부모님께서 먼저 유리공 바깥에 한 개의 손가락을 대면 매우 높은 전압의 상태인 유리공 속의 번개가 손가락으로 스스로 찾은 것처럼 모여들게 됩니다. 그리고 아이도 손가락을 대 보면서 탐구를 위한 사전 탐색을 해 보는 것입니다.

아이들의 눈높이에서 접근하는 게 중요

사전 탐색 후에 왜 손가락에 플라스마 볼의 번개가 모여들지 생각을 해 보게 하는데, 이때 위에서 설명한 자세한 과학적 배경까지 접근하는 것이 아니라 전기가 통하는 물질이 유리공에 닿을 때 번개가 모여드는데 우리의 몸도 전기가 통하는 전도체임을 느끼는 것과 번개가 칠 때 피뢰침에 번개가 모여들어 번개 낙뢰 사고를 방지하는 부분까지만 이해를 시키는 데 주안점을 두고 질문을 시작하는 것이 좋습니다.

"우리의 몸은 전기를 통할까 통하지 않을까?"라고 할 때 사실 아이들은 전기가 통하지 않는다고 대답을 하는 경우가 많을 것 같은데 우리의 몸도 전선처럼 잘 통하지는 않지만 전기가 통하는 전도체라는 점을 알려 주고 나서 생활 속에서 사람이 번개를 맞는 사고가 나는 이유도 사람의 몸도 전기가 통하는 전도체이기 때문이라는 것을 설명해 주면 좋을 것 같습니다. 그래서 높은 건물과 같은 곳에는 피뢰침을 만드는데, 피뢰침이 있으면 번개가 피뢰침에 몰려들어 번개로 인한 사고를 미리 방지할 수 있다는 것도 간단히 설명해 주면서 관련 자료 조사를 아이들로 하여금 더 찾아볼 수 있게 유도해 주시기 바랍니다.

아이들은 플라스마 볼이 보여주는 환상적인 모습 때문에 자연스럽게 관찰과 조사에 집중하게 될 것이고 이때 플라스마 볼 외에 생활 속 현상에서 플라스마 볼이 보여주는 환상적인 모습(번개나 오로라)과 관련된 사진 자료를 부모님께서 첨부해 주신다면 보다 심화된 내용까지 탐구한 아이들의 보고서 한 편이 완성될 것입니다.

그런데 이 플라스마 볼은 유리공으로 이루어져 있고 전기에 영향을 미치기 때문에 전자 기기를 플라스마 볼에 가까이 가져가면 안 되는 등 주의사항을 지키며 탐구를 해야 하므로 부모님의 지도 관리 하에서만 과학 홈스쿨링을 하는 것이 좋으므로 이 점을 참고하시기 바랍니다.