전구를 점등시키거나 무선통신할 수 있는 '코히러 효과'

코히라 효과(Coherer Effect)는 접점의 피막이 전기적으로 파괴됨으로써 접촉저항이 급격히 감소하는 현상입니다. 이 코히라 효과는 알루미늄 호일이나 전구를 사용해 간단하게 확인하는 것이 가능한데, 과학계 YouTube 채널 ElectroBOOM이 만드는 방법을 소개했습니다.

Wireless Communication with a Cup of Balls, Coherer Effect - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=VMkdnj698-0

ElectroBOOM의 Mehdi Sadaghdar 씨의 설명에 따르면 코히라 효과를 쉽게 확인할 수 있는 '코히라 검파기'를 간단한 재료로 만들 수 있습니다. 우선은 컵에 2장의 알루미늄 호일을 배치합니다. 그리고 알루미늄 호일을 둥글게 한 것을 몇 개 만듭니다.

알루미늄 호일과 전구를 클립이나 리드선으로 직렬로 연결합니다. 전원을 연결하고 둥근 알루미늄 호일을 컵에 투입. 알루미늄 호일끼리 접촉하면 전기가 흐르고 전구가 점등합니다.

컵을 흔들어 둥근 알루미늄 호일을 움직여 전구를 소등합니다. 알루미늄 호일의 표면은 얇은 산화 피막으로 덮여 있기 때문에 약간의 충격으로 안정된 전류가 흐르지 않아 회로가 절단되어 전구가 빛나지 않게 됩니다.

전구가 꺼지면 컵 옆에서 점화 라이터의 트리거를 당기면 전구가 켜졌습니다. 이 현상은 점화 라이터의 트리거를 당기면 팁에서 발생한 전자파가 알루미늄 호일의 산화 피막을 녹여 회로가 연결되어 발생합니다.

Sadaghdar 씨는 추가실험으로 가로 일렬로 늘어선 알루미늄 호일볼과 전구를 코드로 연결했고 점화 라이터의 트리거를 당기면 전구가 점등했습니다.

Sadaghdar씨는 코히라 효과의 확인과 동시에 전구가 점등했을 때의 전압을 측정했습니다. 컵 안에서 점화 라이터의 트리거를 당기면 전압계의 미터가 반응했습니다. 조금 거리를 두어 측정해 본 결과 대략 10볼트의 전압이 회로에 가해진 것으로 나타났습니다.

또한 전기저항을 측정하면 어느 거리에서 점화 라이터의 트리거를 당겨도 약 1.7Ω~2Ω의 범위에 머무르는 것을 알게 되었습니다.

Sadaghdar 씨에 따르면 컵에 들어간 알루미늄 호일이 에너지를 줍는 안테나와 같은 작용을 하면서 불필요한 고주파 펄스를 제거함으로써 전구를 점등시키기에 충분한 전압을 얻고 있다고 합니다.

한때는 2개의 접점 사이에 작은 금속입자나 볼을 두고 전자파가 발생하면 벨을 울리고 버튼을 누르면 회로를 절단시키는 초기의 모스 신호기에 코히라 효과가 이용되었습니다.

전자파가 발생하는 이유는 이번에 사용한 점화 라이터에 있습니다. 점화 라이터는 물질에 힘을 가하면 압력에 비례한 분극이 나타나는 '압전효과'를 이용해 점화하기 위해 압전소자가 구성되어 있습니다. 그 때문에 압전효과에 의해 방출된 전자파가 알루미늄 호일에 작용하여 전류가 흐른다는 것입니다.

설명을 위해 분해한 점화 라이터와 리드선을 연결하고 멀리 떨어진 곳에서 전구의 점등을 시도한 Sadaghdar 씨는 몇 미터 떨어진 위치에서도 전구의 점등에 성공했습니다. 그러나 더욱 회로를 늘리자 켜지지 않았습니다. Sadaghdar 씨는 “더 멀리서 켜고 싶다면 공진회로를 확대해야 한다”고 설명했습니다.