토머스 에디슨(Thomas Edison)토머스 에디슨(Thomas Edison)은 미국의 가장 위대한 발명가라고 평가받는 인물입니다. 많은 위인전에서 ‘초등학교에 적응하지 못하고 중퇴한 엉뚱한 천재 발명가’로 표현되고 있으며, 실패하더라도 끊임없이 시도해서 결국 성공해내는 끈기와 근성을 보여주는 인물입니다. 에디슨은 1931년 84세의 나이로 사망할 때까지 무려 1,100여 개에 달하는 발명품을 남겼다고 알려져 있죠. 세계 최초로 백열전구를 발명한 ‘발명의 아버지’로도 알려져 있습니다. 하지만 흔히 알려진 것과는 다르게 에디슨은 백열등을 발명한 사람이 아닙니다. 스코틀랜드의 발명가 제임스 린제이(James Lindsay)가 발명하여 상품화하지 못한 초기 아이디어를 1875년 영국 화학자인 조셉 스완(Joseph Swan)이 여러 번에 걸쳐 개량하여 백열등을 만들어 특허를 신청했습니다. 에디슨은 단지 스완의 아이디어를 도용하여 만든 것일 뿐이죠. 그는 천재라기보다는 노력파로 그가 남긴 “천재란 1%의 영감과 99%의 노력으로 만들어진다.”라는 유명한 말이 있습니다. 자신이 해결해야 할 문제는 절대로 포기하지 않았던, 노력으로 점철된 그의 일생을 대변하는 명언입니다.

1876년 에디슨은 세계 최초로 미국 뉴저지의 멘로파크(Menlo Park)에 산업연구 실험실을 세웠습니다. 그리고 그곳에서 조수들과 함께 축음기와 전구를 발명했고 이때부터 사람들은 에디슨을 ‘멘로파크의 마법사(The Wizard of Menlo Park)’라고 불렀다고 합니다. 이곳에서 니콜라 테슬라와의 악연이 시작되죠. 당시 니콜라 테슬라도 마찬가지로 자신의 회사를 설립한 뒤 교류 시스템에 필요한 발전기, 모터, 변압기를 발명했습니다. 조지 웨스팅하우스의 투자를 받아 테슬라의 교류 시스템은 더욱 발전하게 되었습니다. 에디슨은 이러한 테슬라의 행보를 보고 자신의 입지에 위협을 느껴 테슬라의 교류 전기에 대해 흠집 내기 캠페인을 벌이기도 했습니다. 고전압 교류전선에 가까이 갔을 때 발생할 수 있는 위험과 고압 교류 전선에 감전된 사람들의 명단을 적은 팸플릿을 제작하며 교류를 멀리해야 한다고 간접적으로 경고했습니다. 하지만 테슬라의 교류 시스템이 전기를 싸고 편리하게 공급할 수 있다는 소문이 퍼지면서 에디슨의 뜻대로 흘러가지 않았습니다. 에디슨은 미국의 사형집행 방법으로 “고압 전류가 가장 빠르고 고통 없이 사형수에게 죽음을 가져다줄 것”이라며 교류를 이용한 전기의자를 사용하자고 제안했습니다. 이를 통해 대중들에게 교류가 사람을 죽이는 전류로 인식시키고자 했습니다. 에디슨의 이러한 주장에 테슬라는 크게 반대했지만 결국 사형집행에 교류를 이용한 전기의자가 채택되었습니다. 하지만 사형을 집행했을 때 사형수가 죽지 않으면서 오히려 테슬라의 교류 방식이 시장에서 유리한 위치를 차지하게 되었습니다. 에디슨은 인류 역사에 빛의 혁명을 가져다준 인물이지만, 테슬라와 전류 전쟁을 벌이면서 그의 추악한 내면의 모습이 드러나게 되었고, 언론에 의해 미화되고 왜곡되었다는 사실도 밝혀지게 되었습니다.

제너럴 일렉트릭
(General Electric Company)제너럴 일렉트릭(General Electric Company)은 미국을 대표하는 제조업체로, 전기조명 회사를 모체로 성장한 기업입니다. 에디슨의 재정적 후원자였던 JP모건은행이 에디슨전기회사를 다른 회사와 합병하면서 GE가 새롭게 설립되었습니다. 회사의 지붕에서 독보적인 존재감을 보이는 GE 로고 덕분에 GE빌딩으로도 알려져 있습니다. 자회사인 RCA를 통해서 그 건물이 1930년대에 건축된 이래 이곳과 인연을 만들어왔고, 중전기기(重電機器)와 가정용 전기기구를 모체로, 원자연료, 제트엔진, 원자력발전설비도 제조합니다. 또한, 프랑스의 스네크마와 합작하여 항공기용 제트엔진 제조업체인 CFM 인터내셔널이라는 회사를 설립했습니다. 에디슨은 GE의 주식을 5% 정도 차지했지만 이때부터 전기사업에서 멀어지게 되었고 결국 미국의 전력산업도 테슬라와 에디슨이 아닌 웨스팅하우스(Westinghouse) 회사와 GE 간의 경쟁으로 그 규모가 커지게 되었습니다.

니콜라 테슬라(Nichola Tesla)니콜라 테슬라(Nikola Tesla)는 미국의 전기공학자이자 발명가입니다. 그는 1856년 오스트리아제국의 스밀랸에서 세르비아인 부모의 5자녀 중 넷째로 태어났습니다. 그는 에디슨과 달리 어릴 때부터 물리, 수학, 음악, 언어 등 거의 모든 분야에서 천재성을 보였습니다. 발명을 할 때도 먼저 정확한 이론을 바탕으로 계획서를 작성한 뒤 일을 진행했고 시행착오를 거의 겪지 않았습니다. 1881~1882년, 부다페스트 중앙 전신국에서 기술자로 일하면서 첫 발명품인 전화 수신기의 개선된 음성증폭기를 만들었고, 교류장치 대부분의 바탕이 되는 회전자기장을 발견하였습니다. 이후 최초의 유도모터(induction motor)를 만들었습니다.

니콜라 테슬라는 1884년 6월 에디슨 연구소에 직원으로 입사하였는데 이때만 해도 두 사람이 ‘전류전쟁’을 벌이게 될 줄은 아무도 알 수 없었습니다. 테슬라는 에디슨에게 교류 전기를 제안했지만, 이는 ‘에디슨 효과’로 부를 축적하고 있었던 에디슨의 명성과 부를 앗아갈 수도 있는 위협적인 전류 시스템이었습니다. 이러한 이유로 테슬라의 교류 전기는 에디슨 연구소에서 철저히 외면받게 되고 결국 그는 입사한지 1년 만에 퇴사하고 뉴욕에 자신의 회사를 세우게 되었습니다. 그의 첫 번째 특허인 다이너모 정류기를 시작으로 일련의 전기 아크 등 조절기 특허권을 획득하였으며 현대의 전기·전력 생산 시스템, 장거리 송전 및 전류, 전기, 통신 이용의 기초가 된 다상 교류 방식의 모터와 발전기를 생산하였습니다. 이후 1893년에 개최된 시카고 만국박람회장에서 전구 총 25만 개의 전류 공급사 자리를 두고 다시 한 번 에디슨과 경쟁하였습니다. 테슬라는 고주파 교류 전력이 자신의 몸을 통과하는 실험을 진행해 교류 전기의 안전성을 입증하고 승리를 거머쥐었습니다. 이로써 니콜라가 소속된 웨스팅하우스 회사의 교류 시스템이 전력 공급 방식의 표준으로 자리 잡게 되었습니다.

영화 ‘커런트 워’(The Current War)2019년 08월 22일에 한국에서 개봉한 영화 ‘커런트 워’는 앞서 살펴본 토머스 에디슨과 니콜라 테슬라 두 인물이 전기를 개발하고 난 뒤 일어난 갈등을 다룬 영화입니다. 우선 영화의 제목인 The Current War의 커런트(Current)가 ‘현재’를 의미하는 단어로 생각하셨나요? 물론 커런트(Current)가 ‘현재’라는 의미로 자주 쓰이지만 영화의 소재가 토머스 에디슨과 니콜라 테슬라의 이야기라는 것을 감안해 보았을 때 ‘현재’가 아닌 ‘전류’를 의미한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 영화의 제목은 바로 ‘전류 전쟁’입니다.

이 영화는 1881년 전류와 전기를 발명하기 위한 경쟁이 치열하게 일어나던 시기를 바탕으로 합니다. 그리고 전기를 공급하는 두 가지 방식인 교류(AC)와 직류(DC) 사이에서 두 인물의 대립으로 이야기가 펼쳐집니다. 테슬라는 1984년부터 에디슨의 연구소에서 근무하게 되었는데 그 당시 전류 흐름이 불안정해 고장이 잦았던 발전기의 원인을 찾아내어 훌륭하게 해결해낸 일화도 소개됩니다. 하지만 토머스 에디슨은 그를 마음에 들지 않아 하는데, 그 이유는 에디슨은 직류 시스템을 고집하고 테슬라는 교류 시스템을 주장했기 때문입니다. 교류 시스템을 반대하는 에디슨과 몇몇 과학자들은 테슬라의 의견을 무시했고 이에 테슬라는 교류가 훨씬 더 안전하며 전기를 먼 곳까지 보낼 수 있다는 사실을 실험으로 증명했지만 받아들여지지 않았습니다. 결국, 테슬라는 회사를 그만두고 자신의 회사를 차리게 되었죠. 이후 그의 연구실엔 크고 작은 소동이 끊이지 않을 정도로 교류에 대한 깊은 연구를 이어갔습니다. 이 때문에 주변 피해가 많아 사람들에게 ‘미친 과학자’라고 불렀다고도 합니다. 테슬라의 교류전류가 상용화되고 실용화되기까지 10년이라는 긴 시간이 필요했습니다. 이 과정에 대한 에디슨과 테슬라의 이야기가 더 궁금하시다면 영화 ‘커런트 워’를 감상해 볼 것을 추천합니다!

여기서 같은 전기인데 직류는 뭐고 교류는 또 뭘까? 하는 의문이 들 수 있는데요. 지금부터 직류와 교류가 무엇인지, 또 우리의 실생활에서 얼마나 자주 쓰이는지 함께 알아보겠습니다.

교류(AC)① 교류
교류란 시간의 흐름에 따라 흐르는 전류의 방향과 크기가 바뀌는 것을 지칭하는 단어입니다. 영어로 Alternating Current의 줄임말로 AC라고 부릅니다. 옆의 그래프에서 알 수 있듯이 교류는 파도 모양의 형태로 사인파가 주기적으로 생성됩니다. 교류 발전기에서 자연스럽게 교류 전기가 발생하므로, 직류가 아닌 교류의 전기를 산업체와 가정에 공급됩니다. 직류가 필요한 전자 제품의 경우 각자의 필요에 따라 제품에 딸린 정류기를 거쳐 직류로 변환하여 이용됩니다.

직류(DC)② 직류
직류는 전류의 크기와 방향이 시간에 따라 변하지 않고 항상 일정한 전류가 흐르는 것을 지칭하는 단어입니다. 영어로 Direct Current의 줄임말로 DC라고 부릅니다. 옆의 그래프에서 알 수 있듯이 흔히 건전지와 저항으로 이루어진 간단한 회로로부터 쉽게 알 수 있습니다. 건전지는 내부의 전해질 안에서 수명 전까지 일정한 반응량과 방향성을 가지고 일어나는 화학 반응을 이용하여 기전력을 일으키는 장치입니다. 건전지의 기전력 크기와 회로의 저항 크기의 비가 바로 직류의 전류값이 됩니다. 직류는 직류발전기나 건전지 등 직류전원에서 얻을 수 있고, 교류로부터 정류기를 통해 변환하여 얻을 수도 있습니다. 실제로 수많은 전자 제품이 교류를 받아 어댑터를 통해 낮은 전압의 직류로 변환하여 제품 내부의 회로에 이용합니다.

① 정류
전기신호를 처리하다 보면 직류를 교류로 또는 교류를 직류로 바꿔야 하는 경우가 발생합니다. 우리는 이러한 작용을 정류(rectification)라고 부르는데요. 일반적으로 정류작용을 하는 반도체를 ‘다이오드’라고 합니다. 일반 가정에서 사용하는 220V 전기는 교류 신호로 60Hz(1초에 60회 진동)의 주파수를 갖습니다. 그래서 전자제품에 사용하기 위해서는 정류기를 사용하여 교류 신호를 일정 전압의 직류 신호로 변경해 주어야 합니다.

② 증폭
전기신호는 이동 과정에서 그 힘이 점점 약해지게 됩니다. 그래서 정상적으로 전기신호를 전달하기 위해서는 이동 중에 원상태를 유지하거나 기존의 힘보다 크게 해주는 작업이 필요합니다. 이처럼 약한 신호를 강한 신호로 키워 주는 것을 증폭이라고 하는데요. 이러한 증폭작용을 하는 반도체를 트랜지스터(transistor)라고 합니다.

③ 변환
전기신호를 필요에 따라 빛이나 소리 등으로 바꾸기 위해서 어떤 반도체가 필요할까요? 바로 저전력, 친환경에 대한 선호도가 높아지면서 신성장동력으로 각광받고 있는 LED 반도체입니다. LED 램프뿐 아니라 지하철이나 고속도로에서 볼 수 있는 전광판에 쓰이는 LED는 전기신호를 빛으로 바꿔주는 역할을 합니다. 이러한 반도체를 발광소자라고 합니다. 반대로 빛을 전기신호로 바꿔 줄 수도 있습니다. 우리에게는 LED 반도체만 익숙하지만, 전기신호를 변환하는 데 더 다양한 종류의 반도체가 있습니다. 그중 CCD와 CIS 반도체는 카메라로 읽어들인 빛을 전기신호로 바꿔 저장하는 역할을 합니다.

지금까지 교류와 직류가 무엇인지, 그리고 전기신호의 처리 과정에 대해 살펴보았습니다. 이 과정을 통해 전자제품부터 모바일, 전장 분야까지 다양한 부문에서 활용되고 있는 반도체가 직류를 교류로, 교류를 직류로 바꾸는데 얼마나 중요한 역할을 하고 있는지 알 수 있었습니다. 이제 마지막으로 교류와 직류가 우리의 실생활 속에서 어떻게 활용되고 있는지 알아보겠습니다.

일상생활에서 교류와 직류는 어디에서 흔히 볼 수 있을까요? 없는 가정이 없을 만큼 필수품이 된 콘센트, 콘센트에 사용되는 전류가 바로 교류입니다. 교류는 극성을 따지지 않기 때문에 가정에서 주로 사용됩니다. 직류는 플러스(+)극과 마이너스(-)극이 정해져 있는 반면, 교류는 플러스극과 마이너스극이 서로 변경됩니다. 하지만 교류는 극의 표시가 없고 대신 헤르츠(Hz) 표시를 통해 전기의 주파수를 표시하고 있습니다. 전기의 주파수는 국가별로 약간의 차이가 있는데 한국의 경우 단상 220 볼트(V)에 60 헤르츠(Hz)로 규정되어 교류가 공급되고 있습니다.

대표적으로 편리한 교통수단 중 하나인 자동차의 배터리에 사용되는 전류가 직류입니다. 이외에도 우리 주위에서 직류를 사용하는 전기제품에는 어떤 것들이 있을까요? 직류는 건전지에 전압을 공급하기 때문에 건전지를 사용하는 모든 전자제품들이 여기에 해당됩니다. 예를 들어 건전지를 교체하기 위해 누구나 한번쯤 TV의 리모컨을 열어본 적이 있을 겁니다. 이때 TV 리모컨에 들어있는 건전지의 개수는 2개입니다. 보통 2개의 AAA 건전지가 사용되는데, 이 건전지는 직렬로 연결되어 TV 리모컨 내부 회로를 3볼트(1.5+1.5)의 전압으로 구동시키는 역할을 합니다. 일반 가정에서 사용하는 220 볼트 전기는 교류 신호로 60 헤르츠의 주파수를 가집니다. 그래서 전자제품에 사용하기 위해서는 교류 신호를 일정 볼트의 직류 신호로 변경해 주어야 합니다.

이쯤 되면 우리가 실생활에서 더 많이 사용하는 전류는 교류(AC)라는 것을 눈치 챘겠지요? 직류와 교류는 각자만의 장단점이 있어 떼어놓을 수 없는 존재입니다. 하지만 에디슨의 직류와 테슬라의 교류 전류 전쟁에서는 결론적으로 테슬라의 교류 시스템이 승리했다고 볼 수 있습니다. 테슬라는 현대 전기 문명을 완성한 천재이자, 2차 산업혁명을 선도한 전기공학자입니다. 테슬라의 교류 시스템을 통해 컬럼비아 세계 박람회 전등을 만들고, 미국 나이아가라 폭포에 수력 발전소까지 세울 수 있었는데, 이 발전소는 세계 최초의 수력 발전소가 되기도 합니다. 테슬라의 교류 시스템은 이외에도 냉장고, 세탁기와 같은 대형 가전에 응용되며 잠수함의 위치를 알아내는 레이더를 탄생시키기도 했습니다. 게다가 교류 시스템은 무선 통신 기술의 바탕이 되어 오늘날 모두가 주목하는 드론의 핵심 기술이 되었습니다. 일론 머스크가 경영하는 전기자동차 회사인 테슬라(Tesla)는 바로 교류 전기를 만든 니콜라 테슬라를 기념하기 위해서 붙인 이름입니다. 에디슨과 테슬라 두 인물의 활약이 현대 기술의 바탕이 되었습니다. 우리의 편리한 생활 뒤에 그들의 발명이 숨어있다는 사실 꼭 기억해주세요!