직류 회로의 옴의 법칙

01. 전류(electric current)

1. 전류의 정의

 양(+) 또는 음(-)의 전하가 일정한 방향으로 이동하는 현상을 전류라 하며 단위는 암페어(ampere, [A])를 사용한다.

2. 전류의 크기

 어떤 도체의 단면을 단위 시간 동안에 통과한 전기적인 양(전하량)으로서 t[sec]동안 Q[C]의 전하가 이동하였다면, 전류는 다음과 같은 식으로 나타낸다.

I [A] = Q/t [A=C/s]  즉, Q=It[C=A*s]

( 여기서  I : 전류[A],  Q : 전하량[C],  t : 시간[s]  )

3. 전류의 방향

 전류의 흐름 현상은 음전하를 가진 자유 전자가 정지하고 있는 도체의 매질 내에서 순차적으로 이동함으로써 생기는 것으로 전자의 이동 현상은 -쪽에서 나와서 +쪽으로 흐르고 있지만, 오랜 관례에 의하여 +쪽에서 나와서 -쪽으로 흐른다고 약속한다.

4. 도체

 전하의 이동이 쉬운 물질. 즉, 전류가 흐르기 쉬운 물질을 도체라 하며 구리, 은, 알루미늄 등과 같은 금속성 물질과 산, 알칼리 및 소금의 수용액 등이 여기에 포함된다.

5. 부도체

 전하의 이동이 어려운 물질. 즉 전류를 거의 통과시키지 않는 물질을 부도체라 하며, 특히 선로 이외의 곳으로 전류가 누설되는 것을 방지하기 위하여 부도체를 사용할 때 이것을 절연체라고 하며 나무, 비닐, 고무 등이 여기에 포함된다.

 

 

02. 전압

1. 전압의 정의

 전류가 흐를 수 있는 힘의 원천으로 일종의 전기적인 압력의 크기로 정의되며, 다위는 볼트(Volt, [V])를 사용한다.

2. 전위차

 임의의 두 도체에서 전기적인 위치 에너지의 차를 전위차라 하며, 두 도체를 어떤 도선으로 이었을 때 전류의 크기는 전위차의 대소로 판단할 수 있으며, 전류는 전위가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐른다.

3. 기전력

 지속적으로 전하를 이동시켜 연속적으로 전위차를 발생시켜 주는 힘의 원천으로, 계속해서 전류를 흐르게 해주는 능력을 기전력이라고 하는데 기전력의 대소는 연속적으로 발생하는 전위차의 대소로 표시되기 때문에 전위차의 단위 볼트[V]를 그대로 쓴다.

4. 전압의 크기

어떤 도체의 Q[C]의 전기량이 두 점 사이를 이동하여 W[J]의 일을 하였다면 그때의 전위차 V[V]는 다음과 같다.

V=W/Q [J/C=V]   즉, W=QV=VIt[J=V*A*sec]

여기서, V : 전압[V],  I : 전류[A], W : 일의 양[J],  t : 시간[sec],  Q : 전하량[C]

 

 

03. 저항(electric resistance)과 컨덕턴스(conductance)

1. 저항(R)의 정의

 도체에 전류가 흐를 때 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 상수로서, 도체의 종류나 굵기, 길이 등에 따라 달라지며, 그 단위는 옴(ohm, [Ω])을 사용한다.

2. 컨덕턴스의 정의

 저항의 역수, 즉 전기 저항과는 반대로 전류가 흐르기 쉬운 정도를 나타내는 상수로서 그 기회는 전기 저항과 같지만, 단위는 모(mho,  ℧)나 지멘스(siemens, [S])를 사용한다.

3. 저항과 컨덕턴스 관계식

도체에 전류가 흐를 때 전류의 흐름을 방해하는 정도인 저항이 크면 전류가 흐르기 쉬운 정도인 컨덕턴스가 작다는 것을 의미하므로 서로 반비례 관계가 성립한다.

G=1/R,    R=1/G

 

04. 옴의 법칙

1. 저항

일정한 크기의 저항 R[Ω]에 일정한 크기의 전압 V[V]를 인가하면 이 때 흐르는 전류의 크기는 전압에 비례하고, 저항에 반비례한다.

V=IR[V], I=V/R[A], R=V/[Ω]

2. 컨덕턴스

G=1/R[℧]이므로 옴의 법칙은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

I=V/R=GV[A],  V=IR = I/G[V]