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2020. 6. 10. 20:27 IT 이야기/전자회로

전류,전압,저항

전기와 전자에 대하여 공부할 때 반드시 먼저 알아야 하는 것이 전압, 전류, 저항입니다. 
우리 집에 들어오는 가정용 전기가 그냥 발전소에서 나온 전기 그대로가 아닙니다. 
전압, 전류, 저항을 가지고 조정된 전기를 쓰고 있는 것입니다. 당연히 눈에 보이지 않는 개념이기 때문에 이해하기 힘들텐데요. 사람은 당연히 전선을 통해서 흐르는 전류라든가, 건전지의 전압이 눈에 보이지 않습니다. 

우리가 태풍이 불어닥칠 때면 볼 수 있는 번개도 실제로는 전기에너지가 공기를 흐를 때 생기는 반작용이지, 실제로 전류나 전압을 보는 것은 아닙니다. 에너지 흐름을 보려면, 멀티미터, 스펙트럼 분석기, 오실로스코프(oscilloscope) 등을 이용해야 합니다. 그러면 전압 변화를 볼 수 있습니다.

전기는 전자가 움직이면서 발생합니다. 전자는 전하를 가지고 있는데 전하가 실제로 일을 하는 것이죠. 형광등, 휴대폰 등 이런 것들도 모두 이런 전자의 움직임을 이용하고 있는 것입니다. 전기를 이해하는 기초에서는 전자가 움직인다는 개념이 가장 중요합니다.

전자를 사람과 비교할 수 있습니다. 사람이 아침부터 생활하면서 아파서 질병이 걸려있지 않은 이상은 무엇인가 활동을 합니다. 사람이 할 수 있는 모든 활동에너지를 전하라고 말할 수 있습니다. 심지어 아파서 병상에 누워있어도 신체는 면역 활동을 통하여 끊임없이 활동하므로 전하가 없는 경우는 없습니다.

 



전압은 두 점 사이에서 발생하는 전하의 차이를 말합니다. 아침부터 열심히 활동하여 저녁쯤에 녹초가 된다면 아침부터 저녁까지 소비한 에너지의 차이가 전압이라고 할 수 있습니다.

 


전류는 이런 전하가 흐르는 속도를 얘기합니다. 속도와 같은 개념이므로 아침에 에너지가 꽉 차있다면 당연히 속도가 빠를 수 있습니다. 하지만 상황에 따라서는 꽉 차있는 에너지가 빠르게 일을 할 수 없습니다. 

결국 모두 출근버스를 타고 일터로 가는 길에 아무리 몸에 에너지가 많다 하더라도 출근시간 1시간 정도는 견뎌내야 하기 때문이죠. 저항은 전류 즉 전하의 흐름을 방해하는 것을 말합니다. 지금 말씀드린 것 처럼 출근하는데 반드시 타야하는 버스와 같은 존재입니다.

결국 전기를 잘 이해하려면 결국 전하의 움직임을 잘 설명하면 됩니다. 속도든 그것을 방해하든 전하가 서로 차이가 나든 말이죠. 전하의 움직임은 결국 전자가 어떻게 행동하느냐와 관련이 있습니다.

 

 

마지막으로 저항은 이러한 전하의 흐름을 막는 힘입니다. 위에서 전류가 흘러가는데 이 흐름을 막고 있는 것이 바로 저항입니다. 전류와 저항은 거의 상극인 관계죠. 길을 막으면 속도가 빠르지 않은 것은 당연합니다.
회로는 이런 전하가 한곳에서 다른 곳으로 움직이도록 하는 폐쇄고리입니다. 

회로의 여러 부품들이 우리가 이런 전하를 조절하게 해주고 그것으로 일을 하게 합니다.

 


저항측정

저항측정은 DIGITAL MULTIMETER로 측정하는 방법과 색 표시법을 사용하여 읽는 방법이 있다.

DIGITAL MULTIMETER으로 측정하는 방법은 선을 꼽고 간단하게 버튼 조작을 하면 기계가 읽어주는 쉬운 방법이다.

색 표시법은 저항에 색을 표시되어 있는 것을 읽는 것인데 첫째가 a 둘때가 b 셋째가 c 넷째가 d라고 가정하면 (10a+b)* 10의c제곱 이며 d는 오차를 나타낸다.  색깔순서는 흑갈적주황노랑녹청자회백 순이고 흑색이 0 백색이 9이다. 금색 은색 무색은 각각 플마 5%, 플마 10%, 플마 20를 나타낸다.

직, 병렬 회로

직렬 회로의 특징은 어느 점에서나 흐르는 전류가 같다. 이것은 직렬회로에 전류가 흐르는 길이 하나이기 때문이다.

전압이 일정할 때 저항 값을 증가시키면 흐르는 전류가 감소하기 때문에 저항을 직렬로 연결하여 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 직렬 회로에서 전체 저항을 구하기 위해서는 모든 저항들을 더해주면 된다. 전자회로에서는 여러 지점에서 서로 다른 전류 값을 필요로 할 때가 있다. 이러한 폐회로가 필요할 때 여러 개의 저항들을 연결하는 방법이 병렬회로 연결법이다.

병렬회로에서 전체저항을 구하고 싶으면 모든 저항의 역수의 합을 구하면 전체저항의 역수이다.

키르히호프의 정의

키르히호프의 전기회로 법칙이란 구스타프 키르히호프(Gustav Kirchhoff)가 구한 전기 회로에 대한 법칙이다. 키르히호프 법칙은 키르히호프의 전하량 보존 법칙 (KCL) 과 키르히호프의 전압 법칙 (KVL)으로 나눌 수 있다.

 

키르히호프의 전하량 보존 법칙 (KCL)은 전하량이 흐르는. 즉, 전기가 통과하는 분기점(선의 연결지점, 만나는 지점)에서, 전류의 합 즉 들어온 전류의 양과 나간 전류의 양의 합은 같다. 즉 0 이다. 또는 도선망(회로)안에서 전류의 대수적 합은 0 이다.(단, 들어온 전류의 양을 양수로, 나아간 전류의 양을 음수로 가정한다 또한 도선상의 전류의 손실은 없다고 가정한다). 키르히호프의 전압 법칙 (KVL)은 닫혀진 하나의 루프안 전압(전위차)의 합은 0 이다. 또는 다르게 표현하면, 폐쇄된 회로의 인가된 전원의 합과 분배된 전위의 차의 합은 그 루프 안에서 등가 한다. 또는 하나의 루프안에서 도체에 인가된(걸린) 전압의 대수의 합과 그 루프에 인가한(공급된) 전체 전원 대수의 합은 같다.

실험방법

5V를 회로에 공급하고 안정성을 위해 1V를 접지에 연결한다. 저항 값을 계산하고 전류를 측정한다. 키르히호프의 법칙을 통해 전류를 재보면 알고 싶은 선이 걸쳐진 점프를 빼놓고 그 곳을 DIGITAL MULTIMETER를 연결하여 잰다.

전압은 재고 싶은 부위의 양쪽에 대면 재어 진다.

posted by 은동 eco land

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