압전현상이란 어떤 종류의 결정판에 일정한 방향에서 압력을 가하면 판의 양면에 외력에 비례하는 양·음 전하가 나타나는 현상을 말한다. 다른 용어로는 피에조전기라고도 한다. 그리고 이 성질을 가지고 있는 물체를 압전기라고 한다.

예를 들면 수정에서 결정판을 잘라내 x축, y축을 따라 압력을 가하면 판의 양면에는 각각 전하가 생긴다. 여기에 물체를 누르는 힘인 장력(張力)을 가하면 이것과 반대부호의 전하가 생긴다.

압전현상은 1880년 프랑스의 J. 퀴리와 P. 퀴리 형제가 전기석에서 발견한 현상이다. 수정·전기석·로셸염 등 예로부터 알려져 있는 것 외에 티탄산바륨·인산이수소암모늄·타르타르산에틸렌디아민 등의 인공 결정이 압전성을 가지는 소자로서 개발돼 있다.

일반적으로 한장의 결정판에 의한 압전기는 극히 미약하지만 금속박을 삽입해 이것을 몇장 겹치면 그 전기량은 충분히 측정할 수 있게 된다. 이것을 이용하면 기계적인 변형을 전기적으로 꺼낼 수 있으므로 마이크로폰이나 전축용 픽업 등에 오래 전부터 이용되고 있다.

압전성을 가지는 결정판에 고주파 전압을 걸면 판이 주기적으로 신축하며 특히 전압의 주파수를 판의 고유진동수에 맞추면 공진해 판이 강하게 진동한다. 이 현상을 역압전효과라고 한다. 휴대용 라디오에 쓰이는 결정수화기·결정스피커와 초음파의 음원으로 사용되는 수정이나 티탄산바륨 등이 이같은 원리를 이용한 것이다.

◎알코올 권총이 발사되는 원리는?

첫번째 원리는 메틸알코올을 넣은 필름통 안에서의 원리이며 두번째 원리는 필름통 뚜껑이 날아가는 과정에서의 원리이다.

첫번째 원리는 알코올 권총 만들기를 다한 후 필름통 안에 메틸알코올 한방울을 넣는다. 알코올 기체로 가득찬 필름통 안에 압전현상을 이용한 압전기 단추를 눌러 스파크를 일어나게 하면 필름통 안에 있던 알코올 기체가 폭발한다. 이때 필름통 속의 압력은 매우 커지게 되고 결국 필름통 뚜껑을 밀어내면서 마치 권총처럼 발사된다.

두번째 원리는 뉴튼의 제3운동법칙인 작용·반작용의 원리가 적용된 것이다. 필름통 안에서 압전기에 의해 메틸알코올 기체가 폭발하면서 이 폭발력이 필름통 뚜껑에 전달되는 동시에 필름통 뚜껑은 폭발력을 받은 쪽으로 반작용을 해 앞으로 나가게 되는 것이다.

☆알코올 권총 만들기

준비물: 필름통 1개, 압전기, 나사못 2개, 전선 약간, 전기테이프, 알코올 약간, 스포이트, 드라이버, 권총 몸체가 될 필름통 2개

▷기본장치 만들기

1. 필름통의 뒷부분에 나사 두개를 양쪽으로 박아 넣는다.

2. 압전기 몸체에 달려있는 전선의 피복을 벗겨 한쪽 나사에 연결한다.

3. 들어있는 전선을 한가닥 떼어내고 양쪽의 피복을 벗긴다.

4. 3의 전선을 한쪽은 나사에, 다른 한쪽은 압전 세라믹의 금속 부분에 감아 연결시킨다.

5. 연결된 모든 부위를 절연테이프로 감아 감전이 일어나지 않도록 한다.

6. 압전기의 단추를 눌러 나사 사이에 스파크가 일어나는지 확인한다.

▷권총 발사하기

1. 필름통의 바닥에 메틸알코올 1방울만 넣고 필름통 뚜껑을 닫고 입구를 막아 세게 흔든다.

2. 표적을 조준하고 압전기의 단추를 누른다.