스마트계측기

전류와 전압이란?

'전류의 세기'는 무슨 뜻일까요?

「전류의 크기」와 차이가 있는 것일까요.

「전류의 크기」와 차이가 있는 것일까요.

'전류의 세기=볼트'

전류의 크기=암페어

형용적 표현은 보통 전류, 전력... 크고 작은,전압...높낮이,자계,전계,전자파,신호등...강약,

저항, 임피던스...대소, 높낮이

미디어등에서는, 꽤 적당한 표현이 많이 있네요.

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전류와 전압

'전압'은 '수압'과 같은 것

'전압' '전류' '저항' 일상생활에서 가장 많이 듣는 것이 '전압'이라고 생각합니다.

콘센트에서 나오는 전기의 '전압'은 220V(볼트), AA전지 1개의 '전압'은 1.5V(볼트)라는 것은 많은 사람들이 알고 있습니다.

'전압'으로 표시되는 수치는 전기 자체의 세기가 아니라 '전기를 흐르려는 힘의 세기'입니다.

수도 이야기로 대체해 보면 '전압'은 '수압'에 해당합니다.

예를 들어 2층이나 3층짜리 아파트의 주방 등에서는 어느 방이든 기본적으로는 같은 수도꼭지를 사용하고 있습니다만, 1층이 가장 물이 흘러나오는 양이 많고 위쪽 층으로 갈수록 적어집니다.

(※ 참고로 급수탑이 옥상에 없고 오래된 건물인 경우입니다)

이는 수도꼭지의 크기는 같지만 수압이 층수에 따라 다르기 때문입니다.

이른바 '전기'란 '전류'를 말합니다.

그럼 '전류'는 무엇이냐면 아까 수도 이야기로 대체하면 '전류'는 물 그 자체가 됩니다.

수압의 차이가 물의 흘러나오는 양에 영향을 주는 것과 마찬가지로 전압의 차이는 전류의 양에 영향을 미칩니다.

전압이 높을수록 전류량도 많아지는 셈이죠.

우리 인간은 살기 위해 물이 필요합니다.

예를 들어 물 한 컵이 필요할 때 필요한 것은 '수압'이 아니라 '물 그 자체의 양'이죠.

전기를 다루는 기계도 마찬가지로 계속 움직이기 위해 필요한 것은 '전압'이 아니라 '전류의 양'입니다.

이러한 점에서 '전기'의 본질은 '전류'라고 할 수 있습니다.

전압은 어디까지나 전류를 많이 발생시키기 위해 필요한 힘이라는 것입니다.

수도꼭지의 구경을 바꾸면 수량도 변화한다

그런데 만약 당신이 아파트 위쪽 층에 살고 있고, 수압이 약해서 곤란하다고 생각합니다.

이때 물의 양을 늘리는 수단으로 하나 생각할 수 있는 것은 수도꼭지의 직경을 크게 하는 것입니다.

전기에 있어서도 마찬가지로 만약 전압이 낮으면 전류가 통하는 길을 굵게 만들어 주면 전압을 바꾸지 않고 전류량을 늘릴 수 있습니다.

이 '전류가 지나는 길'은 전자공작세계에서는 주로 '동선'이라는 구리로 만든 가는 선을 말합니다.

물과 마찬가지로 이 선의 굵기 등에 따라 전류의 흐름 상태도 달라지는데, 이때의 '전류의 흐름에 어려움'을 '저항'이라고 합니다.

저항은 교통 체증과 비슷하다

예를 들어, 자동차를 운전하여 서울에서 대전으로 가는 경우를 생각해 봅시다.

도로 폭이 비교적 넓고 거리도 짧은 「경부 고속도로」를 사용하는 경우와 도로 폭이 좁고 거리도 길어지는 「서해안고속도로」에서는, 어느 쪽이 스트레스가 쌓일까요.

대부분의 경우 후자가 더 쉽게 피로해지고 시간도 오래 걸립니다.

전기의 경우도 이와 마찬가지로 전류 흐름도는 폭이 좁고 거리가 길수록 전류가 흐르기 어렵습니다.

이것은저항값이크다라고표현할수있습니다.

그럼 서울에서 대전까지 고속도로를 사용하지 않고 일반 도로로 가는 경우도 생각해 봅시다.

당연히 일반 도로는 신호등이 다수 있거나 커브가 힘들거나 차선은 하나밖에 없거나 하는 등 고속도로에 비하면 분명히 장애물이 많이 있습니다.

이것은 이제 어떤 고속도로를 사용하는 것보다 가기 어렵다는 것에 의심의 여지가 없습니다.

전기의 경우는, 지나는 길에 폭이나 길이를 바꾸지 않아도, 그 지나는 길에 일부에 전류가 흐르기 어려운 「장애물」을 넣어 「저항값」을 크게 할 수 있습니다.

이러한 조치가 이루어진 전기의 통로가 되는 부품을 '저항기'라고 합니다.

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전압, 전류, 저항의 각각의 관계

이상의 내용으로부터, 「전압」 「전류」 「저항」의 3가지는, 다음과 같은 관계가 있는 것을 알아야 합니다.

전압이 커지면 전류의 양이 증가한다

저항이 커지면 전류의 양이 줄어든다

여기서 전압을 기호 E, 전류를 기호 I, 저항 R이라고 합시다.

그렇다면 이들 세 가지 사이에는 다음과 같은 관계가 있습니다.

I=E÷R

이 식은 '옴의 법칙'이라고 불립니다.

이른바 '전기'는 '전류'를 말하는 것은 앞서 이야기 했습니다.

즉 전기의 세기는 전압이 클수록 강하고 저항이 클수록 약해진다는 것입니다.

전자 부품은 '전류'로 펄펄 끓는다.

그런데, 전자공작에서, 이들 「전압」 「전류」 「저항」을 생각해야 하는 장면이라고 하는 것은 어떤 때일까요.

아까전류가전기그자체라는것은설명을했어요.

즉, 전기로 움직이는 부품은 전류를 기준으로 생각하면 되는 것입니다.(일부 전압 구동이라는 부품도 존재합니다)

예를 들면, 어떤 LED를 빛내고 싶을 때, 20mA(밀리암페어)라고 하는 양의 전류가 필요하다고 합니다.

이 수치는 부품을 샀을 때 '정격 전류'로 표시되어 있으므로 체크해 둡시다.

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전지로 LED를 빛내 보자

전원으로 준비할 수 있는 것은 건전지나 콘센트에서 나오는 전기 등입니다만, 그 전기에 관한 정보로 알 수 있는 것은 「전압」뿐입니다.

예를 들면, 건전지 4개(합계 6V)로 정격 20mA의 LED를 빛낼 수 있는 회로를 만든다고 합시다.

이 회로에서는 LED의 양 끝에 6V라는 '전기의 압력'이 가해져 있지만 실제로 흐르는 전기인 '전류'는 얼마나 되는지 알 수 없습니다.

그래서 LED 중 어느 쪽에 '저항기'를 두면 만약 저항값을 알고 있다면 그 저항기에서 흘러나오는 전류는 어느 정도가 될지 계산할 수 있습니다.

그 전류값이 20mA로 LED에 흘러들어가도록 해주면 잘 점등될 것 같네요?

이때 '옴의 법칙'을 이용하여 주어진 전압에서 필요한 전류를 흐르게 할 수 있는 만큼의 저항값을 구합니다.

즉,

20mA = 6V÷R

가 성립되는 R 값의 저항기를 LED 앞이나 뒤에 놓아 주면 되는 것입니다.

여기서 mA(밀리암페어)의 m(밀리)은 1000분의 1을 나타내는 접두사입니다.

이것을 고려하여 R에 대해 풀면,

R = 6V÷ (20×0.001) = 300 됩니다.

또한 저항값의 단위는 Ω(옴)이라고 합니다.

따라서, 건전지 4개 6V로 20mA 구동의 LED 1개를 빛내고 싶을 때는, 「300Ω의 저항이 필요」가 됩니다.

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콘센트라도 LED를 빛내 보자

이번에는 콘센트에서 전기, 220V 전압으로 LED를 빛내는 것을 생각해 봅시다.

(여기서는, 간단하기 때문에 직류 220V로서 이야기를 추천합니다)

방금 전 건전지의 전압 6V가 220V로 대폭 커졌습니다.

이 경우에도 옴의 법칙을 사용하여 필요한 저항기의 값을 구해보도록 하겠습니다.

R=220V÷(20×0.001) = 11000

11000Ω요.

대부분의 경우 11000Ω라 하지 않으며 1000을 나타내는 접두사 k(킬로)를 이용하여 11 kΩ(킬로옴)로 표기됩니다.

따라서 11kΩ의 저항기를 넣으면 콘센트에서 220V라는 큰 전압에서도 같은 LED를 빛낼 수 있습니다.

그러나 실제로는 전자공작에서 흔히 사용되는 작은 저항기에서는 '정격전력'의 값을 크게 초과하여 다 태워 버리기 때문에 대전력용 큰 저항기를 사용할 필요가 있습니다.

어떤 곳에도 저항은 존재한다

만약 저항기가 없는 회로를 만들면 전류는 얼마나 흐를까요?

저항기가 만약 없었더라도 회로를 구성하는 구리선·LED·전지에 이르기까지 전자 부품은 모두 '저항값'을 가지고 있습니다.

여기서 옴의 법칙을 생각해 보겠습니다.

I=E÷R

여기서 회로 전체의 저항값이 R이었다고 합시다.

이 R이 한없이 0에 가까워진다면 전류 I는 전압 E의 값에 관계없이 무한히 상승해 갑니다.

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