바이메탈 이라는 온도 조절기 발명과정

바이메탈 이라는 온도 조절기 발명과정

열팽창계수가 매우 다른 두 종류의 얇은 금속판을 포개어 붙여 한 장으로 만든 막대 형태의 부품으로, 열을 가했을 때 휘는 성질을 이용해 기기를 온도에 따라 제어하는 역할을 할 수 있다.

 

기계를 더 효과적으로, 그리고 안전하게 이용하기 위해서는 속도조절 외에도 증기의 압력 등을 조절하는 것도 중요하다.

와트의 조속기 발명에 이어 '온도의 조절'에 대한 자동화의 연구가 진행되었다. 이것은 와트가 조속기를 발명한 후 42년이 지난 1830년에 이루어졌는데 영국인인 엔드류 유어에 의해 멋지게 해결되었다.

엔드류 유어는 두 장(bi)의 금속(metal)을 서로 버티게 해서 '바이메탈'이라는 온도 조절기를 발명해 낸 것이다.

이 두 장의 금속 가운데 한 장은 안바(불변강)라는 금속이었는데, 이것은 36퍼센트의 니켈과 64퍼센트의 철로 이루어진 합금이다. 안바라는 이 금속은 팽창률이 매우 적었기 때문에, 온도가 변화해도 별로 신축을 하지 않는다는 특징을 지니고 있었다. 반대로 팽창률이 매우 커서 약간의 온도 변화에도 민감하게 신축하는 특징이 있다.

이렇게 서로 다른 성질을 지닌 두 종류의 금속을 서로 한곳에서 버티게 하면 어떤 결과가 생길까 자못 궁금해진다. 온도가 오르게 되면 신축성이 큰 금속은 다른 쪽의 금속보다 빨리 팽창하기 때문에, 전체는 한쪽으로 굽어지는 결과가 생긴다. 반대로 온도가 내려가면 또 신축성이 큰 금속이 빨리 줄어들게 되기 때문에 온도가 올라갔을 때와 반대로 굽어지게 된다. 바로 이런 성질을 이용하여 만든 바이메탈을 전기의 회로판에 넣고 그 끝을 접점으로 삼으면 굉장한 일이 생기는 것은 당연하다.

온도가 오르면 바이메탈이 굽어서 접점이 떨어지고 전기회로가 열리며, 반대로 온도가 내려가면 접점이 붙어서 전기의 회로를 닫는다는 식의 이론이 성립된다.

 

사실 그것은 대단히 기발한 착상이다. 이것은 곧 실험을 통해 실용성이 입증되었고, 여러 가지 전자제품에 활용될 수 있었다. 이것을 이용하면 전기난로나 실내 등의 온도를 자유로이 조절할 수 있게 된다.

예를 들자면, 전기스토브 같은 제품의 회로에 바이메탈을 넣는다. 그리고 사람이 가장 쾌적하다고 느낄 수 있는 적정 온도(섭씨 18도)를 넘으면 접점이 떨어지도록 해 놓는다. 그러면 바이메탈이 장치된 전기스토브는 실내의 온도를 언제나 18도 정도로 유지시킬 수가 있는 것이다.