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[맨발걷기 파헤치기 책 #5] 2장 어싱이론 - 어싱과 관련된 잘못된 정보

자유전자

전자는 원자의 주변을 도는 아주 작은 입자로, 음의 전하를 가지고 있습니다. 이들은 원자의 구조와 화학 반응에 중요한 역할을 하며, 전기 전도성, 자기성, 열전도성과 같은 물질의 물리적 성질을 결정하는 데에도 중요합니다.

자유전자는 어떤 원자에도 특별히 결합되어 있지 않은 전자를 말합니다. 이들은 물질 내에서 상대적으로 자유롭게 이동할 수 있으며, 이러한 특성 때문에 전기전도성이 발생합니다. 예를 들어, 금속에서는 많은 자유전자가 존재하며, 이들이 전기의 흐름을 가능하게 합니다.

금속이 전기를 잘 전도하는 주된 이유는 금속 내부에 존재하는 많은 양의 자유전자 때문입니다. 금속의 원자들은 일반적으로 외부 전자를 쉽게 잃게 되며, 이로 인해 생긴 자유전자들이 금속 내부를 자유롭게 이동할 수 있습니다. 이러한 자유전자의 흐름이 바로 전기 전류입니다. 전류는 전자가 이동할 수 있는 경로가 있을 때 흐르며, 금속은 이러한 경로를 제공하는 매우 좋은 매체입니다. 따라서, 금속은 전자의 흐름을 촉진하여 전기를 효율적으로 전도합니다.

전자와 자유전자의 가장 큰 차이점은 그들이 속한 원자에 대한 결합 상태입니다.

• 전자: 이 용어는 일반적으로 원자의 일부로 존재하는 음전하를 가진 입자를 지칭합니다. 이 전자들은 특정 원자의 핵 주변을 돌며, 원자핵과의 전기적인 인력에 의해 결합되어 있습니다. 이러한 전자들은 원자의 화학적, 물리적 성질을 결정짓는 역할을 합니다.

• 자유전자: 자유전자는 특정 원자에 강하게 결합되어 있지 않은 전자를 말합니다. 이들은 물질 내에서 상대적으로 자유롭게 이동할 수 있으며, 주로 금속과 같은 전도체에서 찾아볼 수 있습니다. 자유전자들은 전기 전도성과 같은 물리적 성질에 중요한 역할을 합니다.

간단히 말해서, 전자는 원자의 구성 요소이며, 자유전자는 특정 원자에 결합되어 있지 않고 물질 내에서 자유롭게 이동할 수 있는 전자입니다.

도체, 부도체, 인체에서의 자유전자 양을 비교하는 테이블은 다음과 같습니다:

구분	도체	부도체	인체
자유전자의 양	매우 많음	거의 없음	적음
설명	금속과 같은 도체는 많은 수의 자유전자를 가지고 있어 전기를 잘 전도합니다.	유리, 고무 등 부도체는 자유전자가 거의 없어 전기를 전도하지 않습니다.	인체는 물과 다른 이온을 포함하고 있으며, 일부 자유전자도 존재하지만, 도체만큼의 전도성은 없습니다.

이 테이블은 자유전자의 양에 따른 전기 전도성의 차이를 간략히 보여줍니다. 도체는 자유전자가 풍부해 전기를 잘 전달하는 반면, 부도체는 그렇지 않습니다. 인체는 물질에 따라 다르지만, 전기 전도성이 매우 낮은 편입니다.

자유전자 양과 저항값

자유전자의 양을 정확하게 측정하는 것은 매우 어렵습니다. 대신, 도체인 구리, 부도체인 나무, 그리고 인체의 전기 저항값을 비교하는 것이 더 실용적입니다. 전기 저항값은 자유전자의 양과 관련이 있으며, 전기가 얼마나 잘 흐를 수 있는지를 나타냅니다. 다음은 이 세 가지의 저항값을 비교한 테이블입니다:

구분	구리 (도체)	나무 (부도체)	인체
저항값 (옴)	1.68 x 10^-8 옴·미터	약 10^10 - 10^15 옴·미터	약 1,000 - 100,000 옴 (피부 저항)

• 구리: 구리는 낮은 저항값을 가지고 있어 전기가 매우 잘 흐릅니다. 이는 구리에 많은 양의 자유전자가 존재함을 의미합니다.
• 나무: 나무는 매우 높은 저항값을 가지고 있어 전기가 잘 흐르지 않습니다. 이는 나무 내부에 자유전자가 거의 없음을 나타냅니다.
• 인체: 인체의 저항값은 상태와 조건에 따라 다양하지만, 일반적으로 상당히 높습니다. 인체 내부에는 자유전자가 제한적으로 존재하며, 이는 인체가 도체나 부도체보다 전기 전도성이 낮다는 것을 의미합니다.

이 테이블은 구리, 나무, 인체의 전기 전도성을 대략적으로 나타내는 지표를 제공합니다.

자유전자의 양을 정확히 측정하고 비율적으로 표현하는 것은 매우 복잡하고 어려운 과제입니다. 자유전자의 양은 직접적으로 측정할 수 없기 때문에, 이를 정확히 비교하는 것은 불가능합니다. 그러나 우리는 전기 저항을 통해 간접적으로 자유전자의 상대적 양을 추정할 수 있습니다.

저항은 자유전자의 양과 반비례 관계에 있습니다. 즉, 자유전자가 많을수록 저항이 낮아지고, 자유전자가 적을수록 저항이 높아집니다. 따라서, 나무의 자유전자 양을 1로 설정하면, 인체와 구리의 자유전자 양을 나무의 저항값에 비례하여 추정할 수 있습니다.

하지만 이는 매우 단순화된 추정치이며, 실제 물질의 복잡성과 다양한 물리적 특성을 완전히 반영하지 못할 수 있습니다. 구리, 나무, 인체 각각의 전기 저항값을 기반으로 한 대략적인 비율을 계산해보겠습니다.

1. 나무의 저항값: 10^10 - 10^15 옴·미터 (자유전자의 양을 1로 가정)
2. 인체의 저항값: 약 1,000 - 100,000 옴 (피부 저항)
3. 구리의 저항값: 1.68 x 10^-8 옴·미터

이를 바탕으로 나무 대비 인체와 구리의 자유전자 양을 추정하는 것은 매우 근사적인 계산이 될 것입니다. 정확한 계산을 위해선 더 많은 정보와 복잡한 물리학적 계산이 필요합니다.

인체의 저항

인체 내부 장기와 기관의 전기 저항을 측정하는 것은 매우 복잡하며, 이는 여러 요인에 따라 달라질 수 있습니다. 이러한 저항 값은 생체 전기적 활동, 장기의 조직 구조, 수분 및 전해질 함량 등에 따라 다릅니다. 일반적으로 사용되는 저항 값은 대략적인 평균값으로, 실제 개인의 장기나 기관의 저항값은 다를 수 있습니다.

아래 표는 위, 십이지장, 신장, 심장, 소장, 대장의 대략적인 저항값을 나타냅니다. 이 값들은 평균적인 추정치일 뿐이며, 개인의 건강 상태, 측정 조건 등에 따라 달라질 수 있음을 유념해야 합니다.

장기	저항값 (옴)
위	약 300 - 1,000 옴
십이지장	약 300 - 1,000 옴
신장	약 500 - 1,000 옴
심장	약 150 - 700 옴
소장	약 200 - 1,000 옴
대장	약 200 - 1,000 옴

이러한 값들은 생체 전기 임피던스 측정(Bioelectrical Impedance Analysis, BIA)와 같은 방법을 통해 얻어진 것입니다. BIA는 인체의 전기 저항을 측정하여 체지방, 체수분, 근육량 등을 추정하는 데 사용됩니다.

내부 장기의 전기 저항이 피부보다 낮은 것을 관찰하는 것은 흥미롭지만, 이를 통해 장기에 자유전자가 더 많다고 직접적으로 결론지을 수는 없습니다. 전기 저항은 자유전자의 양뿐만 아니라, 재료의 종류, 구조, 온도, 그리고 전해질의 존재와 같은 다양한 요인에 의해 영향을 받습니다.

인체 내부 장기의 낮은 전기 저항은 다음과 같은 요인들에 기인할 수 있습니다:

1. 수분 함량: 인체 내부 장기는 높은 수분 함량을 가지고 있으며, 수분은 전기를 잘 전달합니다. 이는 장기의 낮은 전기 저항의 주요 원인일 수 있습니다.

2. 이온 농도: 인체 내부 장기는 다양한 이온(예: 나트륨, 칼륨)을 포함하고 있으며, 이 이온들은 전기 전도성에 기여합니다.

3. 조직 구조: 장기의 조직 구조는 전기 전도성에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 신경과 근육 조직은 다른 조직에 비해 전기를 더 잘 전달합니다.

따라서, 내부 장기의 낮은 전기 저항은 이러한 다양한 요인들의 복합적인 결과로 볼 수 있으며, 단순히 자유전자의 양만으로 설명하기에는 부족합니다.

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