저항(resistance)이란 무엇인가?

[통섭인]

저항(resistance)이란 무엇인가?

저항(R)이란 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 물리량입니다. 물체의 크기에 따라 달라지는데, 자동차들이 터널을 지나가는것과 마찬가지로 물체의 길이가 길수록 저항은 비례하고, 단면적에 반비례합니다.​

전류(I)는 전압(V)에 비례하고, 저항(R)에 반비례 합니다. 그리고 전압(V)과 저항(R)은 비례합니다. 즉, 전압이 클수록 전류량도 많아지고, 저항이 크면 전류량이 줄어듭니다.

전류가 전압에 비례하고, 전압과 저항이 비례한다면, 전류와 저항도 비례해야 하지않나? 그런데 전류와 저항은 왜 반비례할까?

옴의 법칙에 따라 수학적으로는 이해가 쉬워도, 물리적으로는 이해가 어려울 수도 있습니다.

저항이 없다면 전류와 전압은 비례합니다. 하지만 저항이 발생하면(커지면) 전압은 비례하므로 같이 커지지만 전류는 흐르지 못하게 됩니다. 즉, 저항이 커지면서 흘러야될 전류가 흐르지 못하게되거나, 열에너지, 빛에너지 등으로 소실(소멸) 됩니다. 만약 열에너지나 빛에너지 등으로 원활하게 소비(소멸)되지 않는다면 한계저항이 존재하기 때문에 반도체 다이오드의 경우에는 결국 역방향전압(항복전압)에 의해 급격한(전압크기에 걸맞는) 역방향 전류가 흐르게 됩니다. 이것을 오히려 이용한 반도체 다이오드도 있는데 제너다이오드(제너효과를 이용)라고 합니다.

전구의 경우 전압이 커지는 만큼 전류가 흐르지 못하게 되면 자체 저항이 발생하므로 전류가 흐르지 못하는 만큼의 전압이 열에너지로 소비됩니다. 중력과 마찬가지로 위치에너지와 역학적에너지가 서로 보존되지 않고 다른 에너지로 변환(소모)되더라도 에너지의 총합은 보존됩니다.

  <RLC회로의 전압에 따른 전류(량), 정상 전류는 저항과 같은 파장영역 임>

RLC회로는 저항기에서 에너지가 소비(열 또는 빛, 전자기파 등)​되므로 전류는 시간이 지남에 따라 진폭이 감소합니다. 반면에 LC회로는 저항기(R)가 없기 때문에 에너지 소비가 없어 시간이 지나도 진폭이 작아지지 않습니다.

                              <벡터의 방향은 파장의 위상차>​

<5번지점에서 전압과 전류는 0이 되는데, 전기력이 자기력으로 전환되기 때문>​

저항기의 전압과 전류는 같은 위상차를 갖습니다. 즉, 파장의 위상이 같습니다. 다만 저항의 발생으로 인해 전압의 크기에 동등한 양의 전류가 흐르지 못하게 됩니다. 이 만큼의 차이가 저항의 크기가 됩니다. 저항이 발생되면 전압과 전류는 위상차는 없지만 전위차가 발생됩니다. 전위차는 음(陰,-)과 양(陽,+)의 크기에 따른 위치에너지와도 같습니다.

​ <전압과 전류의 음(陰)과 양(陽)에 따른 전위차(potential difference) ⇒ 저항>​

저항이란 결국 음(陰)과 양(陽)이 서로에게 대항하는 것입니다. 이때 저항으로인해 에너지는 소비되고 진폭은 감소하게 됩니다.

<그림출처 : 저항기 - 위키백과>

저항기(resistor)는 저항을 띠는 물질로써 전류량을 낮추는 역할을 하는데, 허용전력(전압)이 다를때 저항기를 이용하여 전압을 낮춰줍니다. 하지만 그만큼 차이분의 전압이 열에너지로 소비됩니다. 따라서 온도상승으로인해 저항기의 허용 온도를 넘게되면 저항기는 타버립니다. 이러한 온도에 따라 물질의 저항이 변화하는 정도를 가지고 물질의 온도를 측정할 수 있는데 이장치는 저항기중에 하나로 서미스터(thermistor)라고 합니다.

​<관련자료 : 리액턴스(reactance)와 임피던스(impedance)>