I는 V에 정비례하고, 저항에는 반비례한다는 결론(옴의 법칙) 을 얻었습니다.
또한, V와 I와 P 간의 관계의 대해서는 와트의 법칙으로 정리가 됩니다.
이 두 가지 법칙은 전기전자회로를 이해하기위한 가장 기초적인 개념입니다.
1. 옴의 법칙 (Ohm's Law)
옴의 법칙은 두 개의 실험으로 설명이 가능합니다.
위의 그림부터 첫번째 실험을 진행해볼까요?
왼쪽의 단자를 이용하여 전구에 전압을 1.5V부터 1.5V 단위로 12V까지 변화하며 인가하였습니다.
여기서, 실험을 직접해보니 전압을 1.5V에 인가했을 때 전구가 제일 어두웠고, 전압을 12V로 상승시킬수록 전구가 더 밝아졌습니다.
전구는 저항역할을 합니다. (직렬회로에서는 모든 전기장치가 저항으로 단순화하여 생각해도 무방합니다.)
전압을 증가시키는 것은 곧 전하를 밀어내는 E를 증가시킨 것으로,
결과적으로는 전구에 공급되는 단위시간당 전하의 양이 증가하게 됩니다.
여기서, 단위시간당 전하의 양은 전류로 볼 수 있습니다.
따라서, 정리하자면 전압이 강할수록 전하의 흐름, 즉 전류는 더 증가할 겁니다.
이 떄, 회로에 연결된 전구 수를 늘릴 때마다 전구의 밝기는 어두워졌습니다.
이를 관찰하여 얻을 수 있는 결과는 무엇일까요?
전구의 수를 늘리는 것은 곧 저항을 증가시키는 것으로,
회로에서 전하를 밀어내는 E는 그대로인채 전하를 흐르지 못하게 방해하는 것과 같습니다.
전하의 흐름을 방해하므로 단위시간당 흐르는 전하의 양인 전류는 저항이 증가함에 따라 감소하게 됩니다.
이 두 실험을 통해.
전압이 고정된 상태에서 저항이 증가하면 전류는 감소하고,
저항이 고정된 상태에서 전압이 증가하면 전류도 증가함을 알수 있습니다.
이를 수식으로 나타내면,
로 변경할 수도 있겠습니다.
즉, V, I, R중 두 가지 요소만 알면 나머지 하나를 쉽게 구할 수 있는 무기가 생긴 셈입니다.
2. 와트의 법칙 (Watt's Law)
전력의 단위는 증기기관을 개량한 제임스 와트의 이름을 따서 와트[W]를 사용합니다.
저번 포스팅에서 전력에 관해서도 포스팅 했었지만, 한번도 짚고 넘어가겠습니다.
1W의 전력은 1초동안 1V의 전위차에 의해 1C의 전하를 옮기는데 필요한 에너지의 양으로 정의됩니다.
하지만, W는 전력의 단위 이외에도 일의 단위로도 사용됩니다.
그렇다면, 왜 헷갈리게 같은 단위를 사용할까요?
사실 일과 에너지는 근본적으로 같은 의미입니다.
전력은 일을 할 수 있는 힘으로 나타내는데, 힘에는 시간의 개념이 들어가 있기 때문이지요.
에너지의 단위는 제임스 쥴의 이름을 따서 줄[J]로 표현하며,
1J은 1N의 힘으로 물체를 1m 이동시켰을 때 한 일로 정의됩니다.
정의하였듯이, 1J의 일은 1초만에 하든, 1년만에 하든 E의 개념에서는 동일하게 1J입니다.
하지만, W의 개념에서 보면, W는 1W = 1J/sec로 나타 낼 수 있겠습니다.
이렇게만 설명하면, 헷갈릴 수 있으니 단위에 대해 조금 더 이야기 하겠습니다.
전압은 단위전하당 에너지, 즉 1C의 전하가 가지고 있는 에너지를 의미합니다.
1V = 1J/C
전류는 단위시간당 흐르는 전하의 양을 의미합니다.
1A = 1C/sec
전력의 경우, 1W는 1초동안 1V의 전위차로 1C의 전하를 옮기는데 소요한 에너지의 양으로 정의하기도 했고,
1W는 1J의 일을 1초동안 수행한 에너지의 양으로 정의하기도 했습니다.
P = V ⋅ I = (I ⋅ R) ⋅ I [옴의 법칙 사용]
P = V ⋅ I = V ⋅ (V/R) [옴의 법칙 사용]
다음 포스팅에서는 직병렬 회로에 대해 논의 해보겠습니다.
출처
260개의 핵심개념으로 이해하는 기초 전기전자 에센스
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B2%8C%EC%98%A4%EB%A5%B4%ED%81%AC_%EC%98%B4
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%98%B4%EC%9D%98_%EB%B2%95%EC%B9%99
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%9C%EC%9E%84%EC%8A%A4_%EC%99%80%ED%8A%B8
글
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