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지난 이야기

지난 호, 김공대는 안과에 방문하여 시력이 나쁘다는 진단을 받았습니다. 그러면서 다양한 시력 교정법을 알아보게 되었죠.

오늘도 김공대는 바쁜 하루를 마치고 지친 표정으로 어디론가 터덜터덜 걸어가고 있네요. 아하! 기숙사로 돌아가고 있는 듯 보입니다. 우리도 기숙사로 향하는 김공대의 발걸음을 따라가 봅시다. 오늘, 기숙사에서는 어떤 일이 생길까요?

서문

털썩! 방에 들어오자마자 침대에 누워버리는 김공대입니다. 푹신푹신한 침대에서 잠에 빠져들려던 그때!

"삐이이 삐이이 삐이이 화재 발생!"

갑작스럽게 울리는 큰 사이렌 소리에 김공대는 침대에서 벌떡 일어납니다. 김공대의 룸메이트는 당황한 김공대를 잡아끌었습니다.

김공대와 룸메이트는 계단을 따라 허겁지겁 1층으로 대피했습니다. 그리고 기숙사 건물을 올려다봤습니다. 하지만, 불길은 어디에서도 찾아볼 수 없었습니다.

김공대와 룸메이트가 어리둥절해하는 사이, 기숙사 전체 방송이 울렸습니다.

"조금 전 울린 화재경보기는 오작동이었습니다. 모두 안심하고 기숙사로 돌아가 주세요."

김공대와 룸메이트는 기숙사로 돌아가면서 대화를 나눕니다.

화재경보기는 어떻게 화재를 감지할까요?

화재경보기의 원리에 대해 궁금해진 김공대는 방으로 돌아와 기숙사에 설치된 화재경보기에 대해 찾아봅니다.

연기 감지형 화재경보기에는 이온화식 연기 감지형 화재경보기와 광전식 연기 감지형 화재경보기 두 가지 종류가 있습니다.

이온화식 화재경보기 안에는 양전하와 음전하를 띠는 판이 있고, 그 사이에 방사성 동위 원소¹⁾가 있습니다. 방사성 물질이 방출하는 알파 입자²⁾가 공기 분자를 이온화해서 양전하와 음전하를 갖는 이온을 생성하는데요, 그 이온들에 의해 전류가 흐르게 됩니다. 하지만, 화재가 일어나서 연기가 화재경보기 내부로 들어오면 연기 입자들이 이온들과 결합해서 전류 흐름을 방해합니다. 이때, 이온화식 화재경보기는 전류가 약해지는 변화를 감지하여 화재가 일어났음을 인지합니다.

광전식 화재경보기 안에는 발광소자와 광전소자³⁾가 있습니다. 발광소자와 광전소자는 서로 어긋나게 배치돼 있습니다. 그러면 발광소자에서 나오는 빛이 광전소자에 닿지 않겠죠? 하지만, 연기가 감지기로 들어오면 발광소자의 빛이 산란되며 광전소자에 빛이 도달하게 됩니다. 이렇게 평소와 다르게 빛을 감지하면 화재경보기에서 경보가 발생합니다.

온도 변화를 감지해서 작동하는 화재경보기

열 감지형 화재경보기에는 특정 온도 이상에 반응하는 정온식 화재경보기와 급격한 온도변화에 반응하는 차동식 화재경보기 두 가지 종류가 있습니다.

우선 정온식 화재경보기의 경우, 특정 온도 이상이 되면 경보가 울리는 원리입니다. 정온식 화재경보기의 대표적인 원리로는 바이메탈과 융점 합금을 제시할 수 있습니다.

먼저 바이메탈의 경우, 두 가지 금속을 붙여서 만든 센서입니다. 독자 여러분! 혹시 여름철에 전봇대의 전깃줄이 축 늘어져 있는 것을 보신 적이 있으신가요? 여름철에는 전깃줄이 축 늘어지고, 겨울철에는 팽팽해지는데, 이는 열팽창과 관련이 있습니다. 물체가 열을 받으면 일반적으로 팽창하게 되고, 열을 빼앗기면 수축하게 됩니다. 이처럼 모든 물질은 온도에 따라 팽창하는 정도가 서로 다르며, 각각 고유한 열팽창 특성을 가지고 있습니다. 따라서 서로 다른 두 가지 금속을 붙인 상태에서 열을 가하면 한쪽이 더 많이 늘어나게 되고, 바이메탈이 휘게 됩니다. 이를 스위치와 연결하면 온도에 따라서 스위치를 열고 닫을 수 있게 되겠죠?

융점 합금은 특정 온도에 도달하면 금속이 녹는 특성을 이용한 방식입니다. 이때, 하나의 금속을 이용하는 것이 아니라 여러 금속을 합쳐 원하는 녹는점을 가지도록 하고, 해당 온도에 도달하게 되면 전기회로가 열리거나 닫히게 되어 경보가 작동하게 되는 것입니다.

정온식 화재경보기가 특정 온도에 반응한다면, 차동식 화재경보기는 급격한 온도 상승에 반응합니다. 차동식 화재경보기 내부에는 가스가 밀봉된 금속관이 있습니다. 만약 화재가 발생하여 온도가 빠르게 오르면, 금속관 내부의 가스가 팽창하게 되고, 밀봉되어 있는 상태이기 때문에 압력이 빠르게 상승하게 됩니다. 상승된 압력으로 인해 스위치가 힘을 받게 되고, 접점이 생겨서 경보가 울리게 되는 것입니다. 차동식 화재경보기 역시 정온식 화재경보기의 바이메탈과 같이 열팽창의 원리, 구체적으로는 기체의 열팽창을 이용한다는 것을 알 수 있네요! 일반적으로 온도가 분당 6~8°C 오르면 화재로 판단한다고 합니다.

화재경보기가 오작동한 이유는 무엇일까요?

이렇게 화재경보기의 종류에 대해서 알아보았는데요, 과학적인 원리가 곳곳에 숨어있는 화재경보기도 종종 오작동하곤 합니다. 화재경보기가 오작동하는 원인에는 어떤 것들이 있을까요? 가장 흔한 오작동의 원인은 센서의 노후화와 결함이라고 할 수 있습니다. 화재경보기를 설치하고 오랜 시간이 지나면 센서와 접점과 같은 민감한 부분에 변형이 생길 수 있고, 내부에 먼지가 쌓이거나 금속 물질이 부식되는 등 여러 변수가 존재합니다. 센서의 문제 이외에도 화재경보기는 화재가 아닌 요소에도 종종 반응하는데요, 연기 감지형 화재경보기의 경우 주로 수증기나 먼지 등을 화재 연기로 착오하여 경보가 울린다고 합니다. 열 감지형 화재경보기 역시 히터 바람이나 햇빛 직사광선으로 인해 온도가 상승하고, 이를 화재로 인식하기도 한다고 합니다!

오늘, 김공대는 화재경보기에 대해 새롭게 알게 되었네요! 여러분도 김공대와 하루를 보내며 화재경보기에 숨은 다양한 과학 기술에 대해 배웠을 것이라 생각합니다. 그럼, 다음 호에서도 김공대의 우당탕탕한 하루로 돌아오겠습니다!