전류와 전자는 왜 방향이 반대인가?

건전지를 예로 들면 전류가 흐르는 방향은 '플러스'에서 '마이너스'로 흐른다고 배웁니다. 그리고 나중에서야 전자의 흐름은 전류의 흐름과 반대로 '마이너스'에서 '플러스' 방향으로 흐른다고 배우게 됩니다.

전기라고 하면 가정의 콘센트에서 나오는 전기나 전지 등을 떠올릴 것입니다. 인류가 번개 이외에서 최초로 발견한 전기는 정전기였습니다.
정전기를 발견한 시기는 대략 기원전 600년(지금으로부터 약 2600년 전) 입니다.

그리스의 탈레스라는 사람이 앰버(호박)를 천으로 문지르면 물체를 끌어당기는 힘이 일어난다는 것을 발견했습니다. 탈레스는 호박을 헝겊으로 문지르면 먼지 등이 호박에 붙는다는 것을 알고 나서 다양한 실험을 하였던 것 같습니다.

탈레스는 정전기라는 존재를 명확하게 증명한 것은 아니지만, 호박을 문지르면 정전기가 발생하여 물체를 끌어당긴다는 원리를 발견했습니다.

1600년 영국의 윌리엄 길버트가 호박 이외에 수지와 유황, 유리 등에도 마찰에 의한 정전기가 일어난다는 것을 확인했습니다.

영어로 전기라는 의미의 'electricity'라는 말은 1646년에 토마스 브라운이 처음 사용했습니다.
이것은 길버트가 라틴어 'electricus'라는 말을 사용한 것의 영향을 받은 것으로 보입니다.

정전기는 아무리 저장해 놓아도 사용하는 '순간' 없어져 버립니다. 다시 전기를 사용하려면 또 어떤 방법으로 정전기를 저장하지 않으면 안됩니다.

볼타에 의한 전지의 발명

1800년경 이탈리아의 물리학자 볼타에 의해 발명된 것이 '볼타전지'입니다. 볼타전지의 '전류'는 일정한 전기가 지속적으로 계속 흐른다는 점이 가장 큰 특징입니다. 볼타는 전류의 정체를 파악하여 전류를 발생시키는 장치의 발명이라는 위대한 공적을 기려, 현재 전압의 단위로 '볼트'가 사용되고 있습니다.

전류의 흐름과 전자의 흐름

볼타전지가 발명된 1800년경에는 전기는 '플러스의 전기'와 '마이너스의 전기' 두 가지가 존재한다고 알려져 있었습니다. 그리고 전지 속을 흐르고 있는 것을 '전류'라고 불렀습니다. 이 전류는 플러스 전극에서 나와 마이너스 전극으로 흐르는 것으로 결정했습니다. 그러나 이 때는 아직 실제로 어떤 것이 흐르고 있는지 알고 있지 않았습니다.

전극의 변화 차이

볼타전지의 구조는, 전극에 동판과 아연판을 사용하였고 전해액으로 소금물이나 묽은 황산을 사용했습니다. 볼타전지는 전기가 발생하면 전극에 변화가 일어납니다. 동판은 색이 검어지고 아연판은 전해액에 녹아 점점 작아져 버립니다.

전지의 플러스와 마이너스를 누가 결정했는지는 모르겠지만, 그 당시 사람들이 봤을 때 녹아 나오지 않는 동판을 플러스(양극), 녹아 나와 작아져 아연판을 마이너스(음극)로 생각했다고 추측해 보아도 이상하지 않습니다. 그렇게 생각하면 전기가 흐르는 방향 즉 '전류'가 플러스(양극)에서 마이너스(음극)로 흐른다는 생각은 자연스러운 일처럼 느껴집니다.

그 후, 볼타전지는 은, 소금물을 적신 종이, 아연판을 여러 층으로 겹쳐진 구조로 만들어 강력한 전류를 발생시키는 것에 성공했습니다.

전자의 발견

19세기 말(1800년대 말)에 전자(자유전자)가 발견되었습니다. 그 전자가 마이너스의 전하(음전하)를 가지고 있기 때문에 전기가 마이너스에서 플러스로 흐른다는 것을 알게 되었습니다.

전자는 마이너스 전하를 가지고 있기 때문에 전압의 플러스에 끌리고 마이너스에 반발합니다. 따라서 전자의 흐름은 전류의 흐름과 반대입니다.

전류의 흐름과 전자의 흐름이 반대인 이유

전지에서 무언가가 흐르고 있다. 그 뭔가를 전류라 했을 때, 전류는 플러스에서 마이너스로 흐르는 것으로 결정했습니다. 그리고 나중에 전자라는 것이 전기를 구성하는 입자라고 알려졌습니다.

전류는 플러스에서 마이너스로 흐르고 있다.
전자는 마이너스에서 플러스로 흐르고 있다.

전류도 전자도 각각 하나의 인위적 결정이라고 생각하면 좋은 것이 아닐까요.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 電流と電子はなぜ向きが逆なのか？
https://hegtel.com/nagare-gyaku.html