기초 회로 이론 7. 키르히호프 제2법칙. 전압법칙(KVL)

안녕하세요 오늘은 키르히호프 제2법칙인 전압법칙에 대해 다뤄보겠습니다.

 

이번 설명을 쓰기 위해 기초 회로 이론을 쓴 것이라 해도 과언이 아닙니다. 

 

주변 사람들에게 가장 질문이 많았던 전압법칙 시작해 보겠습니다.

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공식 

$\sum V=\sum IR$

기전력의 대수합은 전압강하의 대수합과 같다.

 

옴의 법칙과 매우 유사한 모습입니다. 하지만 거기에 대수합의 개념이 붙었습니다. 

 

대수합은 모든 값을 더하는 것이었습니다. (KCL 포스팅 참조)

 

즉 한 회로의 모든 기전력의 합과 모든 전압강하의 합이 같다는 것입니다. 

 

오늘의 회로 

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V는 기전력입니다. 기전력의 뜻은 전위차를 발생시키는 능력입니다.

전지와 같은 개념이라 생각하면 된다고 설명한 적이 있습니다. 

 

IR은 전압강하입니다. 회로의 저항을 지나면서 사용한 전위차의 값입니다. 

값은 V=IR인 옴의 법칙으로 전압강하를 구할 수 있었습니다. 

 

이 회로에서는 설명의 편의를 위해 전류는 번호를 매기지 않았습니다. 

( KCL에 따라 전류의 회로값은 당연히 다 다릅니다. 설명을 위해 I로 통일한 겁니다.) 

 

전위를 높이로 이해해 봅시다

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우리가 눈을 떠보니 1KM 상공으로 올라갔다고 가정해 봅시다.

 

공중에는 지면이 없으니 중력에 의해 지면을 향해 내려갈 것입니다. 

낙하산을 타든, 떨어지든, 행글라이더를 타는 등 내려오는 방법은 여러 가지입니다. 

 

어떤 경로를 지나더라도 결국엔 지면에 도착하게 될 것입니다. 

 

우리가 공중에서 지면까지 이동한 거리는 1KM인 겁니다. 

 

키르히호프의 전압법칙은 앞선 설명과 동일합니다. 

 

기전력을 지면에서 올라간 거리, 전압강하를 낙하한 거리라 생각하면 됩니다. 

 

기전력이 전압을 V만큼 발생시켰습니다. 이 전압은 접지를 향해 내려갑니다. 

 

0V(접지)까지 향하는 경로는 여러 가지 일 수도 있습니다. (병렬연결)

1. $R_{1}$ , $R_{3}$ , $R_{6}$

2. $R_{2}$, $R_{5}$ , $R_{8}$

3. $R_{2}$, $R_{4}$ , $R_{7}$

저항에 따라 회로에 있는 화살표의 색깔과 길이가 다릅니다. 

 

저항의 크기에 따라 걸리는 전압강하가 다를 것이기 때문입니다. 

 

모든 화살표는 결국 0V로 이어지는 화살표와 이어집니다. 

 

어떤 경로라도 접지에 다다른 순간 전압강하는 모두 V로 동일하다는 것입니다. 

 

간단한 예시로 끝을 맺어보겠습니다.

 

가장 유사한 현상은 공을 지면에서 하늘로 던지는 것이죠.

지면에서 공을 하늘을 향해 던졌을 때, 어떤 위치로 떨어지든

지면부터 공이 공중에서 멈출 때까지 거리와 ($\sum V$)

멈춘 위치에서 지면까지 떨어지는 거리($\sum IR$)는 같습니다.

 

맺음말

오늘은 키르히호프 전압법칙을 예시와 함께 알아보았습니다. 

결국 공을 하늘로 던졌다 다시 땅으로 떨어지는 현상과 같습니다. 

그것을 회로로 적용한 것에 불과합니다. 

어렵지 않게 적으려 했는데 어쩌다 보니 화살표 예시가 어려울 수도 있을 것 같습니다.

핵심은 어느 길을 타더라도 우리가 목적지로 향하는 거리는 같다는 것을 설명하는 것입니다. 

다시 한번 천천히 읽어보며 개념 찾아가시길 바랍니다. 오늘도 고생했습니다.