[연재] 생활 속의 과학 ①교통카드

대중교통을 이용하는 승객이라면 교통카드의 환승할인, 요금부과의 원리 등에 대해 한 번쯤은 궁금증을 가져본 적이 있을 것이다. 교통카드에는 어떤 과학 원리가 담겨있을까.

지난 2004년 7월 이후에 나온 교통카드 ‘T머니’는 IC(Integrated Circuit)카드라고도 불리는 스마트카드의 일종이다. 스마트카드에는 연산과 제어를 담당하는 마이크로프로세서(CPU), 운영체제(OS), 메모리 등 다양한 기능을 가진  손톱만한 크기의 반도체 칩이 들어 있다. 카드 안에 작은 컴퓨터 한 대가 들어있는 셈이다.

교통카드는 카드의 칩에 내장된 안테나를 통해 카드 단말기와 통신한다. 무선주파수를 신호로 하는 전파를 사용해 카드 내부의 칩과 버스에 부착된 단말기 간에 교신이 이뤄지는 것이다. 여기에 사용되는 기술을 ‘라디오파 확인(RFID, Radio Frequency Identification)’이라고 부르며 이는 바로 휴대전화가 기지국과 통신하는 원리와 같다. 환승할인은 카드가 단말기와 통신할 때 시간을 함께 기록하기 때문에 가능하다.

카드와 단말기가 전파를 통해 교신하려면 동력원인 전기가 필요하다. 그런데 카드 어디에도 건전지는 달려 있지 않다. 그렇다면 카드는 어디에서 전기를 얻을까? 바로 여기에 이용되는 것이 ‘전자기 유도 현상’이다. 전자기 유도 현상은 자기장과 코일을 가까이 할 때 코일에 순간적으로 전류가 흐르는 현상이다. 교통카드 모서리에는 그림처럼 전선이 여러 번 감겨 코일을 이루고 있다. 단말기는 주기적으로 세기가 변하는 자기장을 내보내고, 이 자기장과 코일을 가까이하면 코일에 전류가 흐르는데 이 전류가 칩을 작동시킨다. 단말기에서 내보내는 자기장의 세기가 주기적으로 변하는 이유는 코일에 전류가 지속적으로 흐르도록 하기 위해서다.

추가 대중교통요금 산정에는 위성을 통해서 지상에 있는 물체의 위치를 파악  할 수 있는 장치인 GPS(Global Positioning System)가 이용된다. 처음 대중교통을 탄 장소와 마지막에 내린 장소 사이의 거리를 측정하기 위해 우선 인공위성에서 버스 내부에 부착된 송신기까지의 거리를 구한다. 이 거리는 위성에서 보내는 신호의 발생 시점과 송신기의 수신 시점 간의 시간 차이를 측정하고 여기에 빛의 속도를 곱해 계산한다. 이렇게 승차점-위성, 하차점-위성 간의 거리를 구해 삼각형의 나머지 한 변인 승차점-하차점의 거리를 구할 수 있다.
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