전기전자공학개론 개요, 원자와 원소

전기와 전자의 차이는 무엇일까라는 의문에서 수업은 시작되었다. 모두가 잘 모르는 듯한 눈치를 보이니 교수님은 과학과 공학의 차이가 무엇인지부터 물었다. 나는 과학은 자연 현상을 탐구하는 것이고, 공학은 제품을 만들어내는 것이라 생각했다. 과연 그럴까.

​

교수님께서는 공학은 과학 + 경제학이라고 하셨다. 즉, 사람에게 도움이 되는, 따라서 '돈이 되는 과학'인 것이다. 반면 과학은 인간에게 도움이 되지 않더라도 그 현상 자체를 연구하는 순수 과학을 지칭한다고 하셨다. 물론 과학과 공학과의 차이점을 따질 때의 경우이다. 하지만 요즘은 그 경계가 모호해지고 있다고 했다.

전기는 기본적으로 전기에너지를 사용한다. 반면 전자는 에너지가 아닌 통신쪽을 전자라고 한다. 다만 요즘 이 둘의 경계도 모호하다고 하셨다.

​

전기전자공학과 물리는 떼어낼 수 없는 사이다. 그렇다면 물리는 무엇인가? 단 한마디로 설명하면, '변화'를 측정하는 것이다. 물리학의 관점에서 가만히 있는 것은 실제로는 존재하는 물체이지만 없다고 할 정도로 '부동'의 현상에 대해서는 관심을 가지지 않는다. 그렇다면, 변화하는 것들을 측정하는 것이 굉장히 중요해지겠지.

그것들을 측정하기 위해서는 SI단위계가 필요하다. 그래서 SI단위계를 과제로 내주셨다. 그렇다면 굳이 SI단위계가 필요한 이유는 무엇일까? 예전부터 단위를 측정하는 방식은 나라마다, 시대마다 다 달랐고, 지금도 다르다. 이전에는 타국과의 교류가 없었지만 요즘은 하나의 세계라고 할 정도로 교류가 많기 때문에 하나의 통합적인 단위가 필요해졌기 때문이다.

 

오늘은 원자, 원소에 대해 간략하게 배웠다. 원소는 원소주기율표에 나오는 것처럼 아예 다른 물질이다. 원소별로 원자의 형태가 다르다고 이해하고 있다. 원자는 원자핵과 전자로 되어있다. 전자는 양성자와 중성자로 이루어져 있다.

원자의 초기 모델은 이러했다. 고등학교 때 화학을 선택하지 않았지만 자주 보기는 했다. 뭐 보어 모형이고 에너지 띠다 뭐 이런.. 오랜만에 다시 본다.

전자가 도는 궤도는 전자의 물리적인 '위치'가 아닌 전자가 갖고 있는 에너지의 '단계'라고 보면 된다. 원자핵에 가까운 궤도에 도는 전자일수록 에너지가 약하고 바깥에 있을수록 에너지가 강하다.

전자와 원자핵을 비교해보면, 원자핵이 전자핵보다 훨~씬 무겁다. 아까도 언급했듯이 원자핵은 양성자와 중성자가 뭉쳐있기 때문이다. 교수님께서 비유하신 바로는 원자핵이 월드컵 경기장 중앙에 있다면 전자는 경기장 너머에 있을 정도로 멀다고도 하셨다.

보통 원자핵은 +, 전자는 - 라고 부른다. 이 이유가 전하의 성질때문이다. 전하는 전자와 원자핵 내부의 양성자에 존재하며, 전자에는 음전하, 양성자에는 양전하가 흐른다. 보통 원자핵은 전자에 비해 굉장히 무거우니까 잘 움직이지 않으므로 전하의 움직임을 언급할 때는 보통 전자의 전하라고 지칭한다고 하셨다. 즉, 전기전자공학개론은 전하의 흐름을 관찰하는 것이라고 했다.