타이타닉호를 살린 무선전신

2019년 10월 7일 업데이트됨

1912년 4월 10일 타이타닉호는 영국의 사우스햄프턴을 출항하며 첫 항해를 시작하였습니다. 프랑스의 쉘부르와 아일랜드의 퀸스타운을 거쳐 미국의 뉴욕으로 향하다가 4월 14일 23시 40분, 북대서양의 뉴펀들랜드로부터 남서쪽으로 640㎞ 떨어진 바다에서 빙산에 충돌하여 침몰하였습니다. 이때, 승객 2200명 중 선장 에드워드 존 스미스를 포함한 1500명이 차가운 얼음물 속에서 죽고 700명만이 구조되었습니다. 타이타닉이 침몰한 장소인 뉴펀들랜드 해역은 바다 외에는 아무것도 없는 망망대해였습니다. 그럼에도 불구하고 어떻게 이 곳에서 사람들이 구조가 될 수 있었을까요?

이 비극적인 사건은 제임스 카메론 감독의 영화 ‘타이타닉’으로도 만들어졌습니다.

19세기 중반, 맥스웰이 맥스웰 방정식을 통하여 전자기파의 개념을 제시한 이후, 수많은 사람들이 전자기파의 존재를 증명하려 하였습니다. 이때, 이 전자기파의 성질을 성공적으로 증명한 사람이 바로 헤르츠입니다. 헤르츠는 유도코일을 발진기로 이용하여 두 개의 간극 사이에 스파크를 만들었고, 이 스파크에서 전자기파가 발생하게 됩니다. 그리고 여기서 발생된 전자기파를 검파하기 위해서 수신기 역할을 하는 LC회로를 사용하였습니다. 만약 전자기파의 진동수와 LC회로의 고유진동수가 일치하게 되면, LC회로 내의 간극 사이에서 스파크가 튀게 됩니다. 이때, LC회로를 다양한 곳에 배치해봄으로써 헤르츠는 전자기파의 회절성, 반사성에 대하여 실험적으로 검증하였습니다. 그리고 이러한 전자기파의 성질을 마르코니가 통신에 적용을 하였는데, 이것을 무선전신(radio telegraphy)라고 합니다. 무선 전신은 전자기파를 이용하여 통신을 하기 때문에 별도의 선이 없어도 주변과 통신을 할 수 있습니다. (무선 전신이 나오기 전까지만 하더라도 통신을 하기 위해선 유선이 필요했습니다) 이 덕분에 타이타닉호는 침몰할 당시에 주변 선박에 무선전신을 이용하여 조난신호를 보낼 수 있었습니다.


헤르츠의 실험(Hertz's experiment)

앞서 말했던 헤르츠의 실험 속의 실험장치도 일종의 무선통신 기구이기도 했지만, 아주 가까운 거리에서 밖에 작동을 하지 못했습니다. 따라서 이를 실용화시키기 위해선 새로운 종류의 송신기와 수신기가 필요했는데, 이를 발명하고 발전시킨 사람이 바로 마르코니입니다. 송신기의 경우, 헤르츠가 사용했던 송신기는 쌍극 안테나(dipole antenna)였던 반면에, 마르코니는 지면을 이용한 단극 안테나(monopole antenna)를 만들었습니다. 마르코니가 발견한 이 단극 안테나는 원거리까지 전파를 보낼 수 있었습니다.


단극 안테나(monopole antenna)

그다음으로는 수신기가 발전을 하였습니다. 헤르츠의 실험에서 쓰였던 LC회로(spark gap receiver) 또한 일종의 수신기로 볼 수 있었습니다. 하지만 그것으로 원거리에 있는 전파를 잡아내긴 역부족이었습니다. 그래서 마르코니 시기에 새로 쓰인 수신기가 바로 코히러(coherer)입니다.


코히러(coherer)

공진회로를 통하여 전파를 측정하는 LC회로(이때, 이를spark gap receiver라 합니다.)와 달리 코히러는 접촉 저항(electrical contact resistor)을 이용하였습니다. 여기서 접촉저항이란 물질의 고유저항이 아닌 물질끼리의 접촉이나 물리적인 배열로 생기는 저항을 의미합니다. 코히러 속에는 금속가루(니켈가루)가 들어있는데, 평상시에는 저항이 매우 높습니다. 하지만, 전자기파가 코히러를 지나게 되면 금속가루(니켈가루)의 배열이 바뀌면서 저항이 큰 폭으로 줄어듭니다. 이때, 회로 전체의 전압이 일정하게 유지되었다고 가정을 하게 된다면, 옴의 법칙( (전압)=(저항)x(전류) )에 의해서 저항이 크게 줄어드므로, 전류 또한 많이 증가하게 됩니다. 따라서 전자기파라는 신호가 올 때마다 전류량이 크게 증가하므로 코히러를 통해서 전자기파를 검파할 수 있습니다. (신호를 받고 나서 다시 저항을 원상태로 바꿔야 다음 전자기파를 검파할 수 있으므로 금속가루의 배열이 다시 원상태로 돌아오도록 디코히러(decoherer)라는 장치로 다시 코히러를 재배열 합니다.) 이와 같이 발전된 장비들로, 1900년대 초에는 무선전신을 대서양 너머까지도 보낼 수 있게 되었습니다.


무선 전신 장치는 타이타닉호가 항해할 시기까지만 해도 주로 배에서 쓰이게 됩니다. 아무래도 기술력의 문제 때문에 일상 생활 속에선 쓰이지 못하고 조난 신호를 받는 데에만 활용했습니다. 그리고 사건이 일어난 타이타닉호에 다행히도 무선 전신이 설치되어 있었고, 이 덕분에 주위에 조난 신호를 보내 승객들은 구조될 수 있었습니다.


추가로 덧붙이자면, 타이타닉호가 조난 신호를 보낼 당시에 고작 20분 거리에 화물선 캘리포니안 호가 있었습니다. 하지만, 캘리포니안 호의 무선 전신 기사가 그 당시 자고 있어서 조난 신호를 받지 못했습니다. 결국, 90km나 떨어져 있었던 카파시아 호가 대신 구조하러 왔고, 이 때문에 타이타닉 호 승객들의 구조가 늦어져서 사상자가 더 발생했습니다. 타이타닉 호 사건 이후, 이 사실을 알게된 각국의 정부는 무선 전신을 꺼놓는 배들에 대해서 적발될 시 엄청난 벌금을 물기로 하는 해상 안전 조약을 체결하였습니다.

또한, 1900년대 초반 당시, 세계에서 가장 큰 크기를 자랑한 타이타닉 호답게 당시 세계 1,2위의 부자와 성공한 은행가, 육군 소령 등 수많은 거부들과 사회의 저명 인사들이 타이타닉호에 탑승하고 있었습니다. 이들은 사고가 일어날 당시에 구명보트 우선 탑승 승객이었으나, 이를 거부하고 자신의 자리를 가난한 농촌의 부녀들에게 양보하고 배와 함께 최후를 맞이합니다.


타이타닉호

<참고 자료>

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Coherer

[2] https://www.sciencemuseum.org.uk/objects-and-stories/titanic-marconi-and-wireless-telegraph

[3] https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5741367&cid=60217&categoryId=60217

[4] https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3574197&cid=58940&categoryId=58956

[5] https://blog.naver.com/hcpr1234/221472245396


<이미지>

[1]https://movie.naver.com/movie/bi/mi/basic.nhn?code=18847

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Monopole_antenna#/media/File:2008-07-28_Mast_radiator.jpg

[3]https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5741367&cid=60217&categoryId=60217

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Coherer#/media/File:Cohere(Ag-Ni).jpg


<동영상>

[1]https://www.youtube.com/watch?v=-CMJ4dZ_lSA



Physics 학생기자 박기찬

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