[전자기학] 옴의 법칙과 직렬&병렬 회로

옴의 법칙은 저항의 법칙이라고 불립니다.  저항이란 어원 그대로 전류의 흐름을 방해하는 녀석. 즉, 저항 소자를 통과하기 위해서 에너지를 소모하게 만드는 것이라 보시면 됩니다. 

저번 포스팅에 기전력과 함께  'V=IR' 이란 것을 제가 적어드렸습니다.  사실 전압과 전류는 서로 비례 관계입니다. 

근데 제가 비례식을 방정식으로 바꾸기 위해선 '비례 상수'를 추가해주어야 한다고 했습니다. 여기서의 비례 상수가

바로 저항 R입니다.

 

한번 봅시다. 긴 막대 도선이 있다고 생각합시다.  이 도선에 흐르는 전류의 힘을 낮추기 위해선 어떤 작용이 필요할까요?  일단 단면적을 작게 만들어야 합니다. 따라서 저항 R은  단면적 A와 반비례 관계를 가집니다. 

그리고 또 하나. 도선의 길이를 길게 만듭니다. 생각해보세요.  거리가 멀수록 지치기 마련이니까요.

따라서 저항 R은 길이 l과 비례 관계를 가집니다. 그러면  비례식이 대충 세워졌고  여기에 적당한 상수값을 취해주면

방정식이 나오게 됩니다. 그게 다음과 같습니다.

비저항입니다.  비저항은 표로 많이 주어질겁니다. 구리 도선의 비저항 이런식으로요.  기억해야할 것은 비저항의 역수입니다. 비저항의 역수는 전기전도도인데 이는 그리스 소문자로 '시그마'로 표현됩니다.  그리고 이 전기전도도는 바로 전에 적어드린 전류밀도의 공식과 밀접한 관련이 있습니다. 

위 공식이 이제 옴의 법칙에 근거한 전압을 구하는 방법입니다. 전류와 전압은 비례관계에 있다!

 

1) 직렬회로

직렬 회로 그림 <출처 - 느시의 게임과 과학 블로그!>

전류는 전지의 +극에서 출발해서 -극으로 돌아온다고 했습니다. 이 때, +극에서 출발한 전류는 첫번째 저항소자인 R1에 도달하기 전까지 항상 일정합니다. 전압도 동일하죠. 그 이유는 등전위면이기 때문입니다. 이제 저항소자를 만나게 됩니다. 그러면 저항소자에서는  에너지 소모를 일으키게 하기 때문에  처음의 전압보다 감소된 전압값을 갖게 합니다. 저항소자를 다 지나고 이제 다시 음극으로 돌아오기 전까지  전압값은 0입니다.  그리고 다시 전지에서 전하를 충전받고 싸이클을 돌리게 되죠.  이게 이제 기본적인 회로의 흐름입니다. 

 

기억하실 것은 이겁니다.

전압	전류	저항
V=V1+V2	I=I1=I2	R=R1+R2

 직렬회로에서 전류는 모든 구간에서 같습니다. 회로를 생각할 때는 전류의 입장에서 보는게 쉽습니다.  직렬은 전류의 분리가 일어나지 않는다. (전하량 보존의 법칙) 따라서 V=IR 상태에서  I가 고정된 값이므로 V와 R은 정비례 관계에 있다.  이게 직렬회로의 특징입니다.  다음은 병렬회로를 보겠습니다.

전압	전류	저항
V=V1=V2	I=I1+I2	1/R=1/R1 + 1/R2

병렬에서는 전류의 분리가 일어나기 때문에  각 구간마다 다릅니다. 사실 회로는 이 다음에서 배울 키르히호프 법칙에서 자세히 나오기 때문에 지금은 저 표에 적은 것대로만 외우시면 됩니다.  병렬회로에서는 전압이 모두 일정한데  그러면

V=IR에서  전류와 저항은 서로 반비례 관계. 그러므로 저항은 역수값을 취하게되었다.  이렇게만 아시면 이번 포스팅은 어려울게 없습니다))