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 오늘은 지난 시간에 이어 전압, 전류, 저항 등을 물 탱크를 통해서 설명하여 보겠습니다 (1편 보러가기 : http://blog.kepco.co.kr/374)

전하는 물의 양, 전압은 수압, 전류는 물의 흐름입니다. 호스에 끝에 가해지는 압력이 전압입니다. 탱크의 물은 전하입니다

물이 많으면 많을수록 전하는 높아지고, 더 많은 압력이 호스의 끝부분에 가해집니다.





 우리는 이 물탱크를 건전지라고 생각할 수 있습니다. 건전지처럼 일정 에너지를 가지고 있는 것이죠. 우리가 물탱크에서 물을 비워내면, 호스의 끝에 압력이 약해집니다. 호스를 통해서 흘러나오는 물이 점점 많아져서 원래의 물높이 보다 많이 낮아지면 질수록 흘러나오는 물의 양 또한 줄어듭니다. 이렇게 물탱크에서 물이 처음보다 적게 흘러 나올때 누군가가 여러분에게 그 이유를 묻는다면 뭐라고 답하실건가요?

수압이 약해졌다가 정답이겠죠. 이 수압이 바로 전압입니다. 수압이 약해진 것은 결국 전압이 약해진 것과 같습니다. 건전지의 에너지가 약해질때 손전등 빛이 약해지는 것도 전압이 약해져셔 입니다 

 


 물탱크로부터 호스를 통해서 흘러가는 물의 흐름, 속도를 전류로 생각할 수 있습니다. 압력이 높으면 물의 흐름도 빨라지고 압력이 낮으면 물의 흐름도 늦어집니다. 이 때 일정한 시간동안에 호스를 통해서 얼마만큼의 물이 흘러가는지 그 양을 측정할 수 있습니다. 당연히 전하가 회로를 통해서 얼마나 흘러가는지도 측정할 수 있는데, 이러한 전류는 암페어라는 단위로 재게 됩니다. 암페어(I)의 정의는 1초당 회로의 일정 지점에서 6.241*10 18승개의 전자가 흘러가는 것을 말합니다. 엄청난 개수죠? ^^






 다음과 같은 두개의 탱크가 있습니다. 물은 각각 똑같은 양으로 담겨있고 아래에 호스가 있습니다. 하지만 호스의 굵기가 다른데 하나는 넓고 하나는 좁습니다.

 

 호스의 굵기가 서로 다르지만 이 두 물탱크의 호스 맨 끝에서 잰 물의 압력은 정확히 같습니다. 즉 전압은 같습니다. 그러나 물이 흘러갈 때, 탱크에서의 물의 속도는 어떨까요? 좁은 호스를 통과하는 물의 속도는 넓은 호스를 통과하는 물의 속도보다 느립니다. 이를 전기적으로 본다면, 좁은 호스의 전류가 약한 것입니다







 만약 이 상황에서 양쪽 호스를 통과하는 물의 흐름을 똑같게 하려면, 좁은 호스가 있는 탱크에 물을 더 부어야 하는 것이죠.

 

 그런데 이렇게 좁은 호스가 있는 물탱크에 물을 더 붓게 되면 호스 맨끝에서 잰 압력이 증가합니다. 전압이 증가하게 되면 결국 전류가 증가하는 것입니다.

 

전압과 전류의 관계는 이렇게 정비례관계에 있습니다. 마지막으로 고려할 것은 물이 관통하는 호스의 폭입니다. 호스의 폭이 바로 저항입니다.

 

 

저항을 들어가기전에 간단하게 요약해보겠습니다.

 

= 전하 (쿨롱으로 잰다)

압력 = 전압 (볼트로 잰다)

흐름 = 전류 (암페어로 잰다)

호스의 폭 = 저항

 

그러면 저항을 알아보죠.

두개의 물탱크를 다시 봅시다. 좁은 폭의 파이프와 넓은 폭의 파이프가 있습니다.






 당연히 같은 압력일 때 두꺼운 폭의 호스보다 좁은 폭의 호스에 많은 양의 물이 통과할 수 없습니다. 이것이 저항입니다. 좁은 호스는 호스의 끝에서 측정하는 물의 압력이 넓은 호스와 똑같지만, 압력(전압)은 같지만 물의 흐름(전류)이 줄어듭니다.

 

전기적으로 보면, 압력은 같은데, 저항이 다른 회로라고 할 수 있습니다. 더 높은 저항이 있는 회로는 전하가 흘러가는 것을 방해합니다, 즉 높은 저항이 있는 회로는 전류가 더 적게 흐른다는 말입니다.

 

여기서 옴의 법칙이 나옵니다. 게오르크 옴이 옴의 법칙을 앞에 나온 전압, 전류 및 저항의 관계를 가지고 정의를 했습니다. 공식은 이렇습니다.

V = I × R

V = 전압(V) I = 전류(A) R = 저항(Ω)







1V = 1A × 1Ω

이것은 넓은 호스가 있는 물탱크에 적용되던 옴의 법칙입니다. 물의 압력이 1V일때, 그리고 그때의 호스의 두께를 1옴이라고 할때, 흘러가는 전류는 1암페어입니다.

 

옴의 법칙을 정의할 때, 1볼트가 1암페어, 6.241×10 18승의 전자개를 밀어내는 도체에서 두 지점사이의 저항을 1옴으로 정의했습니다. 이것을 그리스 단어 오메가로 불리는 Ω 으로 쓰고 옴이라 읽습니다.

 






이제는 좁은 호스가 있는 물탱크를 보겠습니다. 호스가 좁기 때문에, 흐름에 대한 저항이 높아지기 때문에 이를 편의상 2옴으로 정의합시다. 물탱크의 양이 다른 탱크와 똑같기 때문에, 물의 압력은 같습니다. 그럼 결국 좁은 호스가 있는 물탱크는 다음과 같은 공식이 성립됩니다.

1V = ?A × 2Ω

 

전류는 얼마일까요? 옴의 법칙에 의해서 0.5A입니다.

1V = 0.5A × 2Ω

 

 결국 옴의 법칙에 의해서 높은 저항이 있는 물탱크는 전류가 낮게 흐릅니다. 이렇게 옴의 법칙까지 알아보았습니다. 옴의 법칙은 전기의 속성을 알 수 있는 최고의 기본법칙입니다. 다음으로 전기가 어떤 역사를 거쳐서 지금에 이르게 되었는지 그리고 어떻게 우리가 이런 전기를 이용할 수 있는지 알아보는 시간을 가져보겠습니다.







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