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우리는 전기에 대해 얼마나 알고 있을까?

전기에 관한 모든 것『일렉트릭 빅뱅』. 전기공학 박사인 저자 한근우는 이 책에서 에디슨의 백열등 발명부터 오늘날 자율주행 자동차까지 전기가 인류 발전에 어떤 영향을 미쳤고 어떻게 세상을 바꾸었는지 흥미롭게 서술하고 있다. 오늘날 전기의 발전에 지대한 영향을 미친 발견과 발명, 전기의 역사 한페이지를 장식한 과학자들이 등장한다. 이들의 도전은 현대를 살아가는 많은 이들에게 메시지를 전달한다. "이 책을 통해 전기의 세계를 이해하고 흥미르 갖고, 덤으로 과학 지식까지 얻게 된다면 더할 나위 없겠다" 라고 밝히고 있다.

전기가 우리 생활에 자리잡게 된 것은 제2차 산업혁명부터 였다. 19세기 말에서 20세기 초 발생한 제2차 산업혁명은 전기에너지, 화학, 자동차, 석유 부문을 주축으로 사회 전반에 큰 변혁을 가져왔다. 이후 전기는 IT와 융합된 자동차 기술로 대표되는 제3차 산업혁명에서 큰 비중을 차지하고 2015년부터 시작된 제4차 산업혁명에서도 전기는 중요한 역할을 하고 있다. 전기로 인해 그 어던 기술도 넘보지 못할 근본 기술로서 새로운 혁명을 이끌고 있는 것이다.

이토록 재미있는 전기라니!
우리는 전기에 대해 얼마나 알고 있을까? 어쩌면 알 필요를 못 느낄 수도 있다. 단지 스마트폰 배터리가 바닥나기 시작하면 주변에 늘 있는 콘센트에 충전기를 연결하면 그만이다. 그러나 요즘 세상물정을 살펴보면 전기 없이 돌아가는 것이 거의 불가능하다. 텔레비전에서부터 스마트폰, 전기자동차, 내비게이션, LED, 의료용 스캔 장비 그리고 이세돌 9단과 바둑 대결을 펼쳤던 알파고에 이르기까지, 그 모든 것은 전기에서 시작되었다. 자율주행 자동차가 도로 위를 달리고, 선(線) 없이 전기를 사용하고, 인간과 인공지능 컴퓨터가 스포츠 대결을 펼치며, LED 조명이 별처럼 반짝이는 오늘도 사람들은 전기의 존재를 느끼지 못한다. 우리의 손바닥에 늘 껌딱지처럼 붙어 다니는 스마트폰. 그 작은 몸통 안에는 LCD, 배터리, 반도체, GPS, 컴퓨팅기술, 전자기파를 이용한 무선통신기술 등 최첨단 기술들이 집약되어 있다. 이 모든 기술은 전기라는 하나의 뿌리에서 파생되었다. 그야말로 전기가 이루어낸 혁명이다.
전기공학 박사인 저자는 <일렉트릭 빅뱅>을 통해 전기에 관한 모든 것을 들려주고 있다. 에디슨의 백열등 발명부터 오늘날 자율주행 자동차까지 전기가 인류 발전에 어떤 영향을 미쳤고, 어떻게 세상을 바꾸었는가를 세세하고도 흥미롭게 서술하고 있다.
이 책에는 오늘날 전기의 발전에 있어 지대한 영향을 미친 발견과 발명, 그리고 전기의 역사에 한 페이지를 장식한 과학자들이 등장한다. 도전과 도전을 거듭하여 성공을 이룬 과학자도 있지만 끝내 성공의 문턱을 넘지 못한 채 과학기술의 밑거름이 된 인물들도 있다. 이들의 도전은 현대를 살아가는 많은 이들에게 숭고한 메시지를 전해준다. 저자는 머리말에서 “이 책을 통해 전기의 세계를 이해하고 흥미를 갖고, 덤으로 과학 지식까지 얻게 된다면 더할 나위 없겠다”고 밝히고 있다.

전기도 시시각각 진화를 한다
기원전 600년 정전기의 실체를 처음 발견한 고대 사람들은 벼락을 신의 노여움이라고 생각했다. 그 뒤로 전기는 백열등, 진공관, 트랜지스터, 컴퓨터, 인공지능, 초전도, LED, 무선전력 전송, 자율주행 자동차… 이렇게 진화를 거듭했다. 그 다음은 어떻게 될 것인가? 오늘날 기계가 인간과 지능 대결을 하고, 앞으로는 인공지능이 자신보다 똑똑한 인공지능을 만드는 과정이 무한히 빈복된다면 인공지능의 폭발적인 진화는 시간문제이다. 이처럼 인간이 스스로 만들어낸 기술을 따라잡지 못하는 시점을 ‘기술적 특이점(technological singularity)’이라고 한다.

전기를 알면 과학기술의 미래가 보인다
전기가 우리 생활에 확고히 자리잡은 것은 제2차 산업혁명부터였다. 18세기에 시작된 제1차 산업혁명이 증기기관을 기반으로 한 기계화 혁명이었다면, 19세기 말~20세기 초에 발생한 제2차 산업혁명은 전기에너지, 화학, 자동차, 석유 부문을 주축으로, 사회 전반에 큰 변혁을 가져왔다. 특히 전기에너지를 기반으로 전기 조명, 전기 동력(전동기, 발전기)이 발명되었고, 그로 인해 공장은 환한 조명 아래 24시간 컨베이어를 가동시켜 대량생산 체제를 가능케 했다. 이후 전기는 IT와 융합된 자동화 기술로 대표되는 제3차 산업혁명에서 큰 비중을 차지했고, 2015년부터 시작된 제4차 산업혁명에서도 전기는 중요한 역할을 하고 있다.

제4차 산업혁명이 가져올 미래
2016년 1월 스위스 다보스에서 열린 다보스포름에서는 전 세계 60개국의 정치?경제?문화 분야의 지도자들이 모여 ‘제4차 산업혁명의 이해’라는 핵심 의제를 놓고 열띤 토론을 벌였다. 그 주된 내용은 인공지능, 사물인터넷(IoT), 3D프린팅, 나노기술, 로봇기술 등 제4차 산업혁명을 주도할 혁신기술에 관한 것이었다.
이제 우리는 싫든 좋든 제4차 혁명을 온몸으로 맞아들여야 한다. 인공지능, 사이버 물리시스템(CPS), 사물인터넷 등으로 대변되는 제4차 산업혁명에서도 전기는 중요한 역할을 하고 있다. 그 어떤 기술도 넘보지 못할 근본 기술로서 새로운 혁명을 이끌고 있다.

책속으로 추가

이 책에는 오늘날 전기의 발전에 있어 지대한 영향을 미친 발견과 발명, 그리고 전기의 역사에 한 페이지를 장식한 과학자들이 등장한다. 도전과 도전을 거듭하여 성공을 이룬 과학자도 있지만 끝내 성공의 문턱을 넘지 못한 채 과학기술의 밑거름이 된 인물들도 있다. 이들의 도전은 현대를 살아가는 많은 이들에게 숭고한 메시지를 전해준다. 이 책을 통해 전기의 세계를 이해하고 흥미를 갖고, 덤으로 과학 지식까지 얻게 된다면 더할 나위 없겠다.
전체적인 구성은 시간 순으로 진행되지만, 각 장과 각 꼭지는 주제별로 나누어져 있다. 따라서 각 장은 전기의 역사 중 과거에서 시작해 이후의 발전을 거쳐 역사적 이정표가 되었던 내용들을 다룬다. 초반의 장들은 과거 속으로 깊숙이 파고들지만, 후반의 장들은 현대적인 전기의 발전을 살펴볼 수 있다. 끝으로 이 책이 많은 사람들에게 전기라는 학문을 보다 재미있고 친근함을 줄 수 있기를 바란다. 더불어 인간의 상상을 뛰어넘는 과학기술의 발전이 어디까지일까를 생각하며, 미래를 보는 시각을 기르는 데 도움이 되었으면 한다.
어떤 저자에게든 첫 책은 각별한 애정을 쏟는 첫아이와 같다. 부족한 저자에게 첫 출판의 기회를 주고, 책을 만들어준 사과나무 출판사에 고마운 마음을 전한다. 그리고 늘 곁에서 응원하는 사랑하는 아내 세영과 아들 승표, 감사합니다.

2016년 11월
한근우

머리말

chapter 1 보이지 않는 힘, 전기를 찾아서

정전기의 정체를 밝혀라
마찰전기와 대전열
정전기 널 체포하겠어!
정전기의 화려한 변신

[톡! 과학공부] 전기란 무엇인가

2. 전기(電氣)와 자기(磁氣)의 만남
끌어당기는 돌, 자석
지구는 거대한 자석이다
자석, 보이지 않는 너를 보여줘
자석의 무한한 변신

[톡! 과학공부] 자석과 전기의 관계

3. 유레카! 라이덴병(Leyden Jar)
전기를 만든다고?
전기를 체포한 두 사람
라이덴병과 그 원리
라이덴병의 진화
전자산업의 쌀 MLCC

[톡! 과학 공부] 전하와 전류의 관계

4. 신이 내린 선물, 번개
만능 엔터테이너 벤저민 프랭클린
목숨을 건 연날리기
천둥, 번개, 벼락은 신의 분노인가?
벼락과 피뢰침은 창과 방패

[톡! 과학공부] 전압이 가는 길 전류도 따라 간다

5. 배터리의 탄생
개구리 뒷다리와 배터리
배터리의 탄생
배터리, 너의 속이 궁금해
생활 속 배터리
인류 최초의 배터리, 바그다드 전지

[톡! 과학공부] 옴의 법칙

chapter 2 전기시대를 열다

1. 못 배운 과학자의 생각
세상을 바꾸어 버린 남자, 패러데이
전기와 자기의 불안한 동거
자기를 전기로 바꿔라!
밀당의 고수, 전기
패러데이의 또 하나의 선물, 인덕션 레인지

[톡! 과학공부] 직류 v 교류

2. 발전기의 시대
패러데이의 원판
발전(發展)하는 발전기(發電機)
기계적 에너지에서 전기적 에너지로
똑똑한 전기 스마트그리드

[톡! 과학공부] 전기의 힘, 전력

3. 전기와 자기, 그리고 빛의 삼각관계
물리학의 천재, 제임스 클락 맥스웰
전자기파의 다양한 얼굴
헤르츠, 전자기파를 세상 밖으로 이끌어내다
무선통신의 서막
제4의 공해, 전자파
전자파로부터 자유로워지려면

[톡! 과학공부] 전기회로란 무엇인가?

4. 인간, 어둠을 지배하다
조명이 가져다준 변화
에디슨! 에디슨! 에디슨!
빛을 지배한 사나이
백열등, 추억 속으로
다양한 조명의 등장

[톡! 과학공부] 직렬회로와 병렬회로

5. 전력을 팝니다
전력을 어떻게 전송할 것인가?
별에서 온 천재, 니콜라 테슬라
영원한 라이벌 에디슨 vs 테슬라
전류전쟁이 선포되다
변전소, 무엇하는 곳?
에디슨이 돌아왔다

[톡! 과학공부] 키르히호프의 법칙

6. 라디오 스타의 탄생
에디슨 효과(Edison Effect)
새로운 문명의 불씨, 진공관
최초의 라디오 방송
전자시대의 선봉장, 진공관
비디오가 라디오 스타를 몰아냈다

[톡! 과학 공부] 전압과 전류의 측정

chapter 3 전기의 새로운 진화론

1. 일렉트로닉스 빅뱅
전기와 전자는 부자지간?
세발 달린 영웅, 트랜지스터
전자계의 아수라백작 반도체
트랜지스터란 무엇인가?
한국이 낳은 세계적인 과학자, 강대원

[톡! 과학공부] 전선 위의 참새는 왜 감전되지 않을까?

2. 호모 텔레비쿠스
기계식 텔레비전의 탄생
닙코 원판(nipkow disk)
전자식 텔레비전의 등장
텔레비전에 내가 나왔으면
이제는 TV도 다이어트 시대

[톡! 과학공부] 돌고 도는 전동기

3. 기계는 인간을 지배할 수 있을까?
기계가 계산을 한다고?
전쟁과 컴퓨터 : 전자식 컴퓨터의 등장
앨런 튜링, 순수의 시대
컴퓨터 혁명 : 에니악의 등장
공학의 종합선물세트, 컴퓨터
인공지능 컴퓨터 : 인간처럼 생각하라

[톡! 과학공부] 커패시터의 원리

4. 꿈의 신기술, 초전도
도전! 절대온도
초전도체의 비밀을 벗기다
저항 제로(Zero), 초전도체의 응용 분야

[톡! 과학공부] 교류전기란 무엇인가?

chapter 4 전기가 이끄는 제4차 산업혁명

1. 전기가 없는 삶이란?
공기 반, 전기에너지 반
세상에서 가장 아름다운 공식 E=mc2
전기 없이 살아보기
노 임팩트 맨
미래의 신재생에너지

[톡! 과학공부] 전기요금은 어떻게 산출되나?

2. 인간이 창조한 푸른 태양, LED
LED의 우연한 발견
빛의 혁명이 시작되다
LED의 동작원리
같은 듯 그러나 또 다른 OLED

[톡! 과학공부] 피상전력, 유효전력, 무효전력, 역률

3. 테슬라의 꿈, 무선전력 전송
1% 영감으로 태어난 무선전력 전송
아! 실패!
무선전력 전송의 부활
무선전력 전송의 원리
나는 달린다, 고로 충전한다

[톡! 과학공부] 단상 교류와 3상 교류

4. 꿈의 자동차가 온다
둥근 바퀴의 혁명
전기자동차의 탄생
나는 살아 있다 : 부활을 꿈꾸는 전기자동차
혼자서도 잘 가는, 나는 자율주행 자동차
시각 장애인도 운전할 수 있다

[톡! 과학공부] 똑똑한 논리회로

5. 제4차 산업혁명의 충격
사피엔스의 고민이 깊어간다
코앞에 다가온 제4차 산업혁명의 시대
기계에 대한 분노: 기계와 경쟁하다
기술적 특이점으로 지배되는 세상 : 기계는 인간을 능가할 수 있을까?

참고문헌
찾아보기

□ 머리말

전기는 세상을 어떻게 바꾸었는가?

요즘 세상물정(世上物情)을 살펴보면, 전기 없이 돌아가는 것이 거의 불가능해 보인다. 우리가 당연하게 여기는 모든 것들에 전기가 사용되고, 사람들은 부지불식간에 전기의 지배를 받고 있다. 텔레비전에서부터 스마트폰, 전기자동차, 내비게이션, LED, 의료용 스캔 장비 그리고 이세돌 9단과 바둑 대결을 펼쳤던 알파고에 이르기까지, 그 모든 것은 전기에서 시작되었다. 자율주행 자동차가 도로 위를 달리고, 선(線) 없이 전기를 사용하고, 인간과 인공지능 컴퓨터가 스포츠 대결을 펼치며, LED 조명이 별처럼 반짝이는 오늘도 사람들은 전기의 존재를 느끼지 못한다.
우리의 손바닥에 늘 껌딱지처럼 붙어 다니는 스마트폰. 그 작은 몸통 안에는 LCD, 배터리, 반도체, GPS, 컴퓨팅기술, 전자기파를 이용한 무선통신기술 등 최첨단 기술들이 집약되어 있다. 이 모든 기술은 전기라는 하나의 뿌리에서 파생되었다.

제4차 산업혁명이 가져올 미래

2016년 1월 스위스 다보스에서 열린 다보스포름에서는 전 세계 60개국의 정치·경제·문화 분야의 지도자들이 모여 ‘제4차 산업혁명의 이해’라는 핵심 의제를 놓고 열띤 토론을 벌였다. 그 주된 내용은 인공지능, 사물인터넷(IoT), 3D프린팅, 나노기술, 로봇기술 등 제4차 산업혁명을 주도할 혁신기술에 관한 것이었다.
이제 우리는 싫든 좋든 제4차 산업혁명을 온몸으로 맞아들여야 한다. 18세기에 시작된 제1차 산업혁명이 증기기관을 기반으로 한 기계화 혁명이었다면, 제2차 산업혁명은 대량생산 혁신이 그 핵심이다. 전기가 우리 생활에 확고히 자리잡게 된 것도 제2차 산업혁명부터였다.
19세기 말~20세기 초에 발생한 제2차 산업혁명은 전기에너지, 화학, 자동차, 석유 부문을 주축으로, 산업·사회 전반에 큰 변혁을 가져왔다. 특히 전기에너지를 기반으로 전기 조명, 전기 동력(전동기, 발전기)이 발명되었고, 그로 인해 공장은 환한 조명 아래 24시간 컨베이어를 가동시켜 대량생산 체제를 가능케 했다. 전동기를 장착한 가전제품이 각 가정에 보급됨으로써 여성을 가사 노동에서 해방시켜준 것도 그 무렵이었다. 제2차 산업혁명을 통한 전기의 발달은 정보, 통신, 오락 분야에까지 확대된다. 텔레비전, 라디오, 전신을 이용한 통신, 레코드, 영화가 모두 이 시기에 등장했으며, 이들 산업이 빠르게 대중화되었다(텔레비전이 대중화된 것은 이보다 조금 늦은 20세기 중반이다).
이후 전기는 IT와 융합된 자동화 기술로 대표되는 제3차 산업혁명에서 큰 비중을 차지했고, 2015년부터 시작된 제4차 산업혁명에서도 전기는 중요한 역할을 하고 있다. 인공지능, 사이버 물리시스템(Cyber Physical System, CPS), 사물인터넷 등으로 대변되는 제4차 산업혁명에서 전기는 그 어떤 기술도 넘보지 못할 근본기술로서 새로운 혁명을 이끌고 있다.

전기를 알면 과학기술의 미래가 보인다

그런데 오늘날 눈앞에서 펼쳐지는 과학기술의 기적 쇼를 보면서도 우리는 왜 묵묵히 지원하는 전기를 실감하지 못하는 걸까? 단지 스마트폰 배터리가 바닥나기 시작하면 주변에 늘 있는 콘센트를 찾아 충전기를 연결하면 그만일 뿐이다. 바쁜 현대인들이 제품의 비밀스런 원리까지 굳이 힘들게 알 필요를 못 느낄 수도 있다. 하지만 시간을 거슬러 어린 시절로 되돌아가보자.
어릴 적 누구나 한 번쯤 과학자를 꿈꾸어 보았을 것이다. 가전제품을 분해하고 전자부품을 분석하며, 흐뭇한 미소를 짓기도 했을 것이다(곧이어 닥쳐올 엄마의 소프라노 음성은 두렵지 않다!). 또 만화영화에 등장하는 괴짜 과학자를 동경하기도 했다. 그런데 그 많던 꼬마 과학자들은 다 어디로 갔을까? 꿈은 서서히 퇴색하고, 어른이 된 지금은 첨단 전기전자 제품을 마주해도 반짝 관심을 가질 뿐, 곧 무덤덤해진다. ‘과학’과 ‘공학’이 중요하다고 말하지만 나와는 상관없다고 생각하며 살아간다. 엔지니어의 한 사람으로 아쉽게 생각하는 부분이다.
우리가 전기를 학문으로 접하는 계기는 보통 세 가지 경로를 통해서이다. 학교 수업, 교과서, 그리고 과학서적이다. 불행히도 학교와 교과서에서 배웠던 전기는 우리에게 흥미를 주지 못했다. 오히려 골치 아프게 했다. 두껍고 무거운 과학서적은 “도대체 전기를 배워서 어디에다 써먹는 거야?”, “전기는 역시 보통 사람들이 알 수 있는 게 아니야”라는 편견만 심어줄 뿐이었다. 이렇듯 우리와 늘 같이하면서도 전기에 대해 친근하게 느끼기란 쉽지 않다. 그래서 전기의 세계를 이해하는 데 도움이 되고자 이 책을 집필했다.