기초 회로 이론 5. 전압은 병렬, 전류는 직렬일 때 값이 같다

이번 시간의 목표는 전압, 전류가 직렬, 병렬일 때 어떤 원리로 해석되는지 알아보겠습니다.  

공식은 키르히호프 법칙들을 배우고 다시 한번 다뤄볼 것입니다. 

오늘은 공식보단 개념을 설명할 예정입니다. 힘차게 시작해 보겠습니다. 

 

회로의 병렬연결과 전압

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회로의 병렬연결에서는 전압이 일정하다.

 

이것을 비유로 표현해 보면, 1V에서 0V로 내려오는 미끄럼틀이 2가지인 겁니다.

사진에 있는 값을 통해 설명하겠습니다. 

2kΩ 미끄럼틀은 마찰(저항)이 크기 때문에 전류가 500uA가 흘렀습니다. 

1kΩ 미끄럼틀은 마찰이 작기 때문에 전류가 1mA가 흘렀습니다.

두 미끄럼틀의 전류값은 저항값에 따라 다르게 흘렀습니다.

하지만 두 미끄럼틀은 똑같이 1V에서 0V로 향하는 길이라는 사실은 같습니다. 

 

두 저항값은 달라도, 전류의 출발지와 도착지가 같기 때문에 전압이 같습니다. 

 

보충 설명

 

1. 두 저항 좌측의 전압은 똑같이 1V이다.

(전선은 기호를 만나기 전까지 전압이 같다.)

 

2. 즉 두 저항 우측의 전압은 똑같이 0V이다.

(접지가 있는 곳은 무조건 0V이다.)

 

# 저항 좌측의 전압을 출발지, 우측의 전압을 도착지라고 비유한 것입니다. 

저항의 병렬연결 특징

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$V = I_{1}R_{1} =I_{2}R_{2}$

$I_{1}:I_{2} = \frac{V}{R_{1}}: \frac{V}{R_{2}}= \frac{1}{R_{1}}: \frac{1}{R_{2}}$

 

$I_{1}:I_{2} = \frac{1}{R_{1}}: \frac{1}{R_{2}}$

 

다음과 같은 비례식의 성질을 이용한 전개를 통해 한 사실을 알 수 있습니다. 

 

전류의 비율은 저항의 비율과 반비례한다는 것입니다. 

 

확인을 위해 회로값을 저번에 배웠던 옴의 법칙에 대입해 보겠습니다. 

 

1V = 1kΩ * 1mA = 2kΩ * 500mA

 

즉 병렬연결일 때 전류(I)와 저항(R)은 반비례한다는 사실을 확인했습니다. 

 

저항의 직렬연결과 전류

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다음과 같은 회로를 봅시다. 

 

앞서 병렬 회로는 길이 여러 개라는 사실을 말씀드렸습니다. 

 

길이 여러 개여서 전류가 나뉘는 것이었죠. 

 

직렬은 앞으로 나아갈 길이 하나이기 때문에 전류의 값은 회로 어디서나 같습니다. 

 

직렬은 미끄럼틀이 한 길에 2개이기 때문에, 전압이 분배되는 것이 특징입니다. 

 

전압이 분배되는 개념은 다른 포스팅을 참고하시면 도움 될 것입니다. 

 

2023.03.12 - [회로이론/처음해보는 회로이론] - 기초 회로 이론 4. 용어 정리(전위, 전위차, 전압, 기전력, 전압강하)

기초 회로 이론 4. 용어 정리(전위, 전위차, 전압, 기전력, 전압강하)

 

저항의 직렬연결 특징

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$V = {I}R_{1}+{I}R_{2}$

 

$V_{1}:V_{2} = {I}R_{1}:{I}R_{2}= R_{1}: R_{2}$

 

$V_{1}:V_{2} = R_{1}: R_{2}$

 

이번 전개를 통해 저항의 비와 전압강하의 비가 같다는 결론을 얻었습니다. 

 

옴의 법칙에서 I가 일정할 때 V와 R의 비례관계를 안 것과 일치합니다. 

 

회로값을 옴의 법칙에 대입해 보면

 

500Ω * 500uA =250mV

 

1.5kΩ * 500uA = 750mV

 

저항의 비는 1:3이고, 전압강하의 비도 1:3으로 둘의 비율이 같습니다. 

 

즉 직렬연결일 때 전류(I)와 저항(R)은 반비례한다는 사실을 확인했습니다. 

 

 

맺음말

과거 저는 전압은 병렬일 때, 전류는 직렬일 때 일정하다는 사실을 암기로 접했습니다. 

학교에서 처음 배울 때 그냥 외우라 했기 때문이죠. 

1번만 더 생각하면 당연한 사실을 말로 풀어쓴 것일 뿐입니다. 

이번 글을 통해 암기를 이해로 바꾸시는 기회로 만들어보시길 바랍니다. 

오늘도 고생하셨습니다. 다음 포스팅에서 만나요.