전압 전류 - jeon-ab jeonlyu

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전기이야기

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전기에 대한 정의 및 생산, 역사까지 다양한 정보를 재미있게 소개합니다.

전류 · 전압 · 저항

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전류

전류는 강에 물이 흐르는 것과 같이 전선을 통해 흐르는
전기의 양을 나타낸다. 전기의 양은 암페어(A)라는 단위를
사용하여 표시한다.

전압

전압이란 두 점간의 전위차를 말하며 전류를 흐르게 하는
힘이다. 전압은 폭포의 높이에 비유될 수 있다. 동일한 양의
물이라도 낮은 곳에서 떨어진 물보다 높은 곳에서 떨어지는
물의 힘이 더 세다. 이와 같이 전압이 높으면 흐르는 전기의
힘도 강해진다. 볼트(V) 라는 단위를 사용한다.

저항

전기의 흐름을 어렵게 하는 방해 요소를 말한다. 저항이 작아 전기가 잘 흐르는 물질을 도체라고 하며, 저항이 커서 전기가 잘 흐르지 않는 물질을 부도체라고 하며 그 중간영역을 반도체라고 한다.

그러므로 전압이 높을수록, 전류가 많을수록, 저항이 작을수록 전기의 힘은 커진다고 할 수 있다.

1. 기호와 단위의 차이점

10이라는 숫자만 가지고는 무엇을 의미하는지 알 수 없다.

이 숫자가 무엇을 의미하는지 알려면 뒤에 붙은 '단위'를 봐야 한다. V가 붙으면 전압, A가 붙으면 전류, Ω이 붙으면 저항, W가 붙으면 전력이다.

전기 회로를 간단한 모식도로 나타낼 때 일일이 전압, 전류, 저항을 쓰기 불편하니 '기호'로 간단히 표시한다. 전압은 V, 전류는 I, 저항은 R , 전력은 P 이런 식이다.

정리하면 '단위'는 숫자에 의미를 부여해주고, '기호'는 귀차니즘의 발현 양상이다. ㅇㄱㄹㅇ ㅂㅂㅂㄱ

2. 전기 회로 기호

3. 최소한 이 정도는 알아야 된다.. 제발

①전류와 전압과 저항의 정의

전압이란 전류를 흐르게 하는 능력이다.

전류는 전하(전기를 띠는 입자)의 흐름이다.

저항은 전류의 흐름을 방해하는 정도이다.

②전류의 방향과 전자의 이동 방향

③옴의 법칙

당연히 전압이 커지거나 전류의 흐름을 방해하는 정도인 저항이 작아진다면, 회로에 흐르는 전류값은 커진다. 이처럼 회로에 흐르는 전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다. 이게 옴의 법칙이다. 이걸 왜 외우나? 이해해라 제발..

4. 여기서부터는 조금 수준이 올라가니까 긴장해라 제발..

①저항의 물리적 특성

아니.. 당연히 전선의 길이(L)이 길면 길수록, 전선의 단면적(S)이 좁으면 좁을수록 전자가 이동하는 데 방해를 많이 받지 않겠는가? 그 말은 전선의 길이가 길고 단면적이 좁을수록 저항이 커진다는 뜻이다.

오른쪽의 식은 저항 그 자체의 물리적 특성에 따라 값이 변한다는 걸 수식화한 거다. 느낌적인 느낌으로 제발 이해해라..

②저항의 직렬연결과 병렬연결

이제 긴장해라. 

천천히 설명할테니 잘 따라와라.. 제발

첫째, 회로에 저항 2개를 직렬 연결하겠다.

저항을 직렬 연결한 것만큼 저항의 길이가 늘어난 것과 같다. 길이가 늘어나면 저항은 비례하여 커진다. 딱 직렬 연결되어있는 저항의 합만큼 커진다.

전체 R = R1 + R2

그러기 때문에 이 회로의 전체 저항은 2Ω+4Ω= 6Ω이고, 회로에 흐르는 전체 전류는 I=V(12)/R(6) 관계에 의해 2A임을 구할 수 있다. 

닫혀 있는 회로이기 때문에(=외부로부터 전하량 출입이 없다는 말) 회로 내의 전하량은 보존된다. 따라서 회로의 어느 지점이든 이동하는 전하량이 똑같다. 그래서 각 지점의 전류 세기는 똑같다. 2Ω에도 2A가 흐르고, 4Ω에도 2A가 흐른다. 

자 이제 전압의 크기를 알아내 보자.

2Ω에 2A가 흐를 수 있는 이유는 2Ω에 4V가 걸려있기 때문이다. (I=V/R에 대입)

4Ω에 2A가 흐를 수 있는 이유는 4Ω에 8V가 걸려있기 때문이다. (I=V/R에 대입)

각 저항에 걸린 전압의 합은 전체 전압 12V와 같음을 확인하라. 

둘째, 회로에 저항 2개를 병렬 연결하겠다.

닫힌 회로에서 전하량은 보존되어야 하기 때문에 빨간 분기점에서 전류는 두 갈래로 나뉜다.

전류가 흐를 수 있는 가짓수가 많아졌다는 건 통로의 면적이 넓어진 것으로 비유할 수 있다.

저항의 물리적 특성에 의한 식에 의거하여, 면적이 넓어지면 저항은 반비례하여 작아진다. 딱 병렬 연결되어있는 저항의 역수의 합의 역수만큼 작아진다.

전체 1/R = 1/R1 + 1/R2

그러기 때문에 이 회로의 전체 저항은 2Ω이고, 회로에 흐르는 전체 전류는 I=V(6)/R(2) 관계에 의해 3A임을 구할 수 있다. 

그러면 각 저항에 흐르는 전류값을 구해보자. 그러기 위해선 각 저항에 걸린 전압을 알아야 하는데, 병렬 연결되어 있는 저항들에 걸린 전압은 그 병렬 회로의 전체 전압과 같다. 따라서 3Ω, 6Ω에 모두 6V가 걸리게 되고 3Ω에는 2A가 흐르고 6Ω에는 1A가 흐른다. (I=V/R에 대입)

각 저항에 흐르는 전류의 합은 전체 전류 3A와 같음을 확인하라. 

5. 전력

1초 동안 공급하거나 소비한 전기 에너지로 전압과 전류를 곱하여 구한다.

위의 그림을 보면 전력을 구하는 식이 두 개가 더 추가됐는데 밑과 같은 방법으로 구한 거다.

P = VI에 V=IR을 대입해서 정리

P = VI에 I=V/R을 대입해서 정리

왜 굳이 똑같은 옴의 법칙 관계식을 두 개로 설정해서 전력을 구하는 식에 대입하는지는 '손실 전력'을 구하는 과정에서 설명하겠다. 

여기까지가 여러분들이 손실 전력을 공부하기전에 꼭 알아야 할 필수 개념을 정리한 내용이다. 제발 이 정도는 기본으로 알고나서 공부하도록 하자. 제발...