오늘은 전기 이론의 하이라이트라 할 수 있는 옴의 법칙에 대해서 배워보겠습니다.
모든 전기는 옴의 법칙에서 시작된다 해도 과장이 아닙니다.
이번 포스팅에서 확실하게 배워보겠습니다.
옴의 법칙 공식
$V=IR$
이 개념은 '물'에 빗대면 쉽게 이해할 수 있습니다.
V는 전기적 압력인 '수압'
I는 전자인 '물'
R은 저항인 벽과 같은 '장애물'이라 표현해 보겠습니다.
마치 이것은 주사기와 같습니다.
수압은 물이 장애물을 넘을 수 있는 에너지를 제공합니다.
물은 장애물을 넘어가야 하는 물체입니다.
장애물은 물이 원활하게 흘러가는 것을 방해하는 벽입니다.
* 장애물이 커질수록 같은 물의 양이 들어가려면 수압이 높아져야 합니다.
I가 일정할 때, R과 V는 비례한다.
빨간색 장애물이 커졌어도, 그만큼 파란색 누르는 힘이 강하기 때문에 상쇄합니다.
전류는 같은 양이 흐른다 생각했을 때 사진입니다.
* 장애물이 일정할 때, 수압이 높아지면 당연히 흐르는 물의 양도 많아집니다.
R이 일정할 때, V와 I는 비례한다.
파란색의 누르는 힘이 많아졌을 때, 노란색이 지나가는 양도 많아집니다.
주사기를 누르면 압력이 세져 공기가 한 곳으로 모이는 것과 같습니다.
*수압이 일정할 때 장애물이 커질수록 흐를 수 있는 물의 양은 적어집니다.
V가 일정할 때, I와 R은 반비례한다.
파란색 누르는 힘이 일정할 때, 장애물이 커지면 자연스럽게 흐를 수 있는 노란색은 줄어듭니다.
고속도로에서 길이 하나 사라져서 자동차가 정체하는 것과 같은 현상입니다.
계산은 공식에 그대로 대입하면 됩니다. 옴의 법칙은 간단하기 때문에 배우기 쉽습니다.
이 법칙은 기본보다 활용에 큰 의의가 있습니다. 대부분의 포스팅에서 사용할 예정입니다.
예제를 한 번 살펴봅시다.
이때 이 회로에 흐르는 전류 I는 얼마일까요?
풀이 : I =V/R
I = 50 [V]/1000 [Ω] = 0.05 [A] = 50 [mA]
답 : 50 [mA]
문제를 풀 때 m(밀리), k(킬로)와 같은 단위에 신경 쓰시길 바랍니다.
추가 응용 개념(전하량과 전자)
전류는 전자의 흐름이라 배웠습니다.
전자 몇 개가 흐르는 것일까요? 다음 공식을 살펴봅시다
$I= Q/t$
Q 전하량의 개념
이때 Q는 전하량. 즉 전기의 양을 표현한 기호입니다. 단위는 1 [C](쿨롱)입니다.
t는 시간입니다. 1초이죠. 즉 1 [C]만큼의 전기의 양이 1초간 흐르는 전기의 양을 1A라고 합니다
이때 양성자를 +, 전자를 - 의 부호를 붙여서 표현합니다.
*전류와 전자의 방향이 반대인 이유는 이 때문입니다.
전자가 발견되기 전 전류를 정의할 때 +에서 -로 이동한다고 해석했습니다.
하지만 후에 움직이는 것은 -극성을 띄고 있는 전자라는 것을 나중에 발견해 버린 겁니다.
기존의 과학을 뿌리부터 전부 바꾸는 것은 너무나 큰일이었습니다.
그래서 전류의 방향을 기존처럼 (+에서 -로) 흐른다고 해석하기로 정했습니다.
평소의 회로 해석에는 전류를 중심으로 해석해 주시면 됩니다.
물리시간에 전자의 이동을 따질 때에는 '-'만 붙여주면 방향이 바뀌기 때문에 상관없습니다.
전자 1개의 전하량은 얼마일까?
1 [C]은 1초에 6.25*10^18 개의 전자가 흐르는 전기의 양을 1 [C]로 생각합니다.
전자공학에선 전자 1개의 전하량을 1e로 표현합니다. (전자 electron의 약자)
전자 1개의 질량은 9.109 * 10^-31 [kg]입니다.
그럼 전자 1e의 전하량은 몇 [C]일까요? 유도 방법을 알아봅시다.
유도 방법
1 [C} : 6.25*10^18개의 전자 = 전자 1개의 전하량[C] : 1개의 전자
왼쪽 비례식에 양변을 똑같이 나눠도 같다는 원리를 대입해 6.25*10^18 전자의 개수를 나눠줍시다.
1/6.25*10^18 [C] : 1개의 전자 = 전자 1개의 전하량[C] : 1개의 전자
전자 1개의 전하량[C] = 1/6.25*10^18 [C]
전자 1개의 전하량[C] = 1.602*10^-19 [C] 이 나옵니다.
여기에 전자의 전하량은 음성이기 때문에 기호 '-'를 붙입니다.
즉 1e = -1.602*10^-19 [C]라는 결과를 얻을 수 있습니다.
정리
1 [C]의 전자의 개수 6.25*10^18 [개]
1e의 전하량 1e = -1.602*10^-19 [C]
1e의 무게 9.109*10^-31 [kg]
맺음말
오늘은 옴의 법칙과 전하량, 전자에 대한 설명을 공부했습니다.
옴의 법칙은 회로를 공부할 때 가장 첫 번째로 필요한 공식입니다.
하지만 원리는 간단하기 때문에 추가로 응용개념을 작성하였습니다.
회로를 해석할 때에는 옴의 법칙만 이해하셔도 됩니다.
오늘도 고생하셨습니다. 다음 포스팅에서 찾아뵙겠습니다.
*그림 어떻게든 잘해보려고 노력했습니다.
군대 사지방에서 올리자니 시간이 없어서 허술함(?)이 남아있습니다.
화살표 크기에 불편함을 느끼신 분들에게 인간미의 양해를 부탁드립니다.
'회로이론 > 처음해보는 회로이론' 카테고리의 다른 글
| 기초 회로 이론 5. 전압은 병렬, 전류는 직렬일 때 값이 같다 (0) | 2023.03.12 |
|---|---|
| 기초 회로 이론 4. 용어 정리(전위, 전위차, 전압, 기전력, 전압강하) (0) | 2023.03.12 |
| 기초 회로 이론 2. 저항의 직렬, 병렬연결 정의와 기호(예제 포함) (0) | 2023.03.10 |
| 기초 회로 이론 1. 회로의 구성 요소 (2) | 2023.03.08 |
| [회로 이론 기초편] 포스팅 목차 가이드 (5) | 2023.03.07 |
댓글