전기회로의 전류

[푸른바다]

전기회로의 전류
	전기는 전자의 흐름이다. 전자는 _에서 +로 이동한다. 따라서 전기는 "+" 에서 "-" 로 흐르지만 회로상에서 전류의 흐르는 방향은 "+"에서 "-"로 흐른다고 약속한다. 이유는 전자가 발견되기 전에 과학자들이 전기의 흐름을 +에서 _로 보았기 때문이다. 1[A]의 전류는 1초 동안에 1[C]의 전하가 이동한 양이다.

전기회로의 전압
	전지의 전기적인 압력을 전압이라한다.또한 전류를 연속적으로 만들어 주는 힘을 "기전력"이라 한다. 기전력은 발전기나 전지등이 가지고 있다. 어떤 기준점에서의 전기의 위치를 전위라 한고 상대적인 차이를 전위차라 한다.

옴의 법칙(Ohm's Law)
	전기 흐름의 방해하는 작용을 전기 저항이라하며, 저항이 클수록 전류는 적게 흐른다. 독일의 옴은 전압과 전류와 저항의 관계를 정리하여 옴의 법칙을 만들었다. 이를 옴의 법칙이라 하며 왼쪽에 보인 식과 같고, 회로에 흐르는 전류의 크기는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다.

	전압강하
	전기회로를 간단히 그리면 왼쪽의 회로와 같은데 회로에 전류가 흘러 저항을 통과하면 저항에는 옴의 법칙에 따라 전압이 생긴다. 이때, 저항에 생기는 전압을 전압강하라 한다. 저항에 생기는 전압은 V=I R[V]로 구한다.

저항의 접속 - 직렬 접속-
	저항의 접속은 합성저항이 증가하는 직렬접속과 합성저항이 감소하는 병렬법속이 있다.
	직렬 접속은 저항의 합이 증가하는 것으로 합성저항은 전체를 더한 것과 같다.

직렬접속의 전압과 전류
	전체전류는 1[A]가 되며, 각 전압이 1, 2, 3[V]이므로 합하면 전원 전압과 같은 6[V]이된다. 저항에 비례하여 전압이 분배된다. 전체 저항은 전체를 더한 값이 된다. 전체회로에 가한 전압 6[V]는 3개의 저항의 크기에 비례하여 나누어지고(분배) 각각을 더한 값과 같게된다.회로에 6[V]를 가했을 때, 각 저항에 생기는 전압강하는 저항값에 비례하여 생기고 이를 합하면 전원 전압과 같게된다.

병렬 접속
	왼쪽회로는 3개의 저항이 병렬로 접속되어있다. 저항마다 전류가 흐르므로 3개의 전류로 나누어지고 전류는 저항의 크기에 반비례한다. 병렬접속에서의 합성저항은 가장 작은 저항보다 더 작은 합성저항이 된다. 전체 저항은 아래 공식과 같다.

	전류분배와 전류의 크기
	저항이 병렬로 접속된 회로에서는 각 저항마다 동일한 전압이 가해지고 저항에 흐르는 전류는 저항에 반비례하여 흐른다. 접속된 저항의 수만큼 전류가 나누어지는데, 각 저항에 흐르는 전류는 옴의 법칙에 의하여 구한다. 회로에서 전체전류는 각 저항에 흐르는 전류를 더한 것과 같다.

직 병렬접속의 합성저항 값과 전류

휘트스톤 브리지-정밀저항의 측정
	브리지라 함은 다리를 뜻하는 영어의 Bridge 이다. 다이아몬드 형의 철교에서 유래하여 그 이름을 따 온 것이다. 4개의 저항을 대칭으로 접속하여 그림처럼 만들고 검류계를 설치하여 전압을 가하면 회로에 전류가 흘러 각 저항에 전압강하가 발생한다. 검류계가 접속된 중간지점인 c-d 에 전압이 같아지면 전위가가 "0"이되어 전류는 흐르지 않아 검류계는 중간을 지시한다. 이때, 전위는 평형(같아짐)이 되었다 한다. 각 저항의 전압강하는 저항의 크기에 비례한다.
저항의 전압강하는 저항에 비례하여 발생하므로 저항의 비례는 전압의 비례가 되므로 이를 이용하여 미지의 저항을 구한다. 마주보는 저항을 서로 곱한 값은 같다. PR=QX를 이용한다. 휘트스톤브리지는 정밀저항을 측정하는 기기이다.

분압기와 직류전위차계-미량의 전지전압의 측정
저항의 전압강하는 저항의 크기에 비례하여 생긴다. 저항이 클수록 전압도 증가한다. 한회로에 두개의 저항이 있다면 양쪽에 가해진 전원전압을 두개의 저항이 크기에 비례하여 나누어 가진다(분배된다). 이를 이용하여 전압을 분배할 수 있다.
직류전위차계는 분압기의 원리를 이용하는 것으로 표준전압과 미지전압을 비교하여 미지의 전압을 측정한다. 용량이 적은 전지의 전압을 측정하는 데 사용한다.

키르히호프의 법칙-다중 전원의 회로해석
	Kirchhoff's Law 키르히호프의 법칙은 전류에 관한 제1 법칙과 전압에 관한 제2 법칙이 있다. 제1 법칙은 전류가 흐르는 길에서 들어오는 전류와 나가는 전류의 합이 같다는 것이고, 제2 법칙은 회로에 가해진 전원전압과 소비되는 전압강하의 합이 같다는 것이다.

제1 법칙 -전류의 법칙	회로에 가해진 전원전압으로 각 저항에는 전류가 흐르는데 저항에 반비례하여 흐를 것이다. 전원전압이 가해져 전체 회로에 흐르는 전류는 각 저항에 흐르는 전류를 합한 것과 같게된다. 7[A]가 회로에 흘러들어가 2[Ω]의 저항에 5[A]흐르고, 5[Ω]의 저항에 2[A]흘러 합은 7[A]의 전류가 되는 것이다.

제2 법칙 -전압의 법칙
	회로에서 가해진 전원전압은 저항3개로 나누어져 소비된다. 즉 부하는 3개의 저항이 되고 각 저항마다 전압강하가 생길 것이다. 각 저항의 전압강하를 모두 합하면 가해진 전원 전압이된다. 6[V]=1+2+3

회로망 정리

중첩의 원리

이원리가 적용되는 회로를 선형회로라 한다.

이원리는 "2개이상의 전원을 포함한 회로에서 어떤점의 전위 또는 전류는, 각 전원이 단독으로 존제 한다고 했을 경우 그점의 전위 또는 전류의 합과 같다."는 것이다.

중첩의 원리

테브냉의 정리

다음의 회로처럼 등가회로를 만들어 합성저항을 구할수 있다.
개방단의 저항은 모든 에너지원이 작동하지 않도록,
전압원은 단락하고 전류원은 개방하여 구한다.

노튼의 정리

컨덕턴스 G를 구하기 위한 등가회로를 만든다.

전기저항
고유저항전기저항은 물질의 재료와 종류 온도 길이 단면적등에 따라 결정된다. 같은 조건에서 물질의 저항을 생각하면, 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다.(아래 오른쪽 그림) 어떤물질의 가로 세로 높이가 1[m]에 저항을 물질의 고유저항이라고 한다.(아래 왼쪽그림)
전기저항	고유저항

금속의 고유저항, %전도율, 온도계수

아래의 표에는 금속의 고유저항을 보였다.
피뢰침에 사용하는 은과 일반적이 전선에 사용되는 구리와
열을 내기위한 전열기에 사용되는 니크롬등이 있다.

전도율과 퍼센트 전도율
저항의 역수를 컨덕턴스라 한다.	전도율은 고유저항의 역수이다.	저항과 컨덕턴스(conductance), 고유저항과 전도율의 관계를 보였다.
G: Conductance,	sigma라 읽고,	고유저항은 low라 읽는다.

온도계수
금속은 온도가 증가하면 원자의 진동이 격렬해져 전자가 이동할 때, 원자와의 접촉이 심해져 전자운동이 방해를 받는다. 반도체는 전자가 풍부하지 않은 물질로 온도 증가는  원자핵의 핵력이 감소하는 결과를 가져온다. 따라서 전자의 에너지가 증가하고 전자의 이동이 더욱 활발하여 진다.
	그림처럼 자유전자가 많은 물질인 금속은 온도 증가가 원자의 접촉을 심화시켜, 오히려 전자운동이 방해가 되어 저항이 심해지는 결과를 가져온고, 반도체는 온도증가가 전자의 에너지 증가로 이동이 더욱 쉬워져 저항의 감소현상이 일어난다. 온도 변화에 따른 저항의 변화 정도를 저하의 온도계수라 한다. t1 에서의 온도계수는 다음과 같다.

반도체의 온도계수
반도체의 온도 계수 특성 반도체의 온도계수는 (-)부의 특성을 갖는다. 반도체를 이용하는 컴퓨터의 부품 등은 온도 증가를 방치하면 과전류로 인하여 부품의 손상을 가져오므로 냉각 장치를 가지고 있다.	Thermistor 서미스터는 Thermal + Resistor의 합성어로, 온도에 민감한 저항이다. 온도를 감지하는 장치, 기기 등에 사용된다.

여러가지 물질의 저항

물질을 도체 반도체 절연체로 구분하고 그 영역은 그림과 같다.

전류의 발열 작용
도체는 전류를 잘흘리는 물질이다. 도체에도 전류의 흐름을 방해하는 성질이 있다. 전류가 흐를 때, 저항으로 인하여 열이 발생하는데 이는 전기 에너지의 소비의 결과이다.
줄의 법칙은 저항에 전류가 흘러 발생하는 열에너지를 정의 것이다.	전기의 힘을 전력이라 하고 전력P는 전압 V[V]과 전류 I[A]의 곱의 힘이다.저항에 전력이 공급되면 전기에너지는 열에너지로 변환된다. 이것은 전력이 어떤시간 만큼 일을 한 결과이다. 즉, 전력에 일한 시간을 곱한 값이 된다. 일 W[Ws] = H[J] = Pt 이고, 전력 P[W]=V[V] x I[A]가 된다.

온도 상승과 허용 전류
	그림과 같은 전선에 전류가 흐를 때, 전선이 흐릴 수있는 전류가 있을 거이며, 이를 초과하면 전선에는 열이 발생한다.이는 흘러야 할 전류 양 보다 더 많은 전류가 흐르기 때문인데, 즉 저항에서 발생하는 열이 발산하지 못하고, 과다한 열이 방출되지 못하기 때문이다.
전선의 허용전류 전선에 안전하게 흘리수 있는 최대전류를 말한다.	금속은 온도계수가 (+)의 성질을 가지므로 온도가 증가하면, 저항이 증가하여 전류의 양이 감소하게 되는데 강제적으로 흘러야 하는 전류의 양은 열의 증가를 야기시킨다

전력-Electric Power
전기의 힘을 전력이라 한다. 전력은 전압에 전류를 곱한 값이 된다. 건전지의 힘을 예로 생각해보면, 전지의 전압과 전지의 그릇의 크기(전류 량)라 할 수 있고, 물탱크를 생각하면 이해에 도움이 될 것이다.
전력은 전압에 전류를 곱한 값이 된다.	단위시간에 소비한 전력량을 전력이라 부르는데, 이는 얼마만큼의 전력을 소비하는가를 알기위한 것이다. 즉, t[s]초 동안에 소비한 전력량을 말한다.

전력량과 전력
	예로써, 1000[W]의 전력으로 10[h]시간 사용하였다면, 아래와 같은 전력량이 될 것이다.
스피커의 출력은 스피커의 출력은 P[W]로 표시하는데, 스피커의 저항은 아주 작다. 이는 저항을 작게하여 많은 전류를 흐르게 하여 큰소리를 나게하려 함이다.	일반적이 전열기는 100[ ]대의 저항값을 가진다. 이것은 사용전압이 100-220[V]의 사용전압에 맞추어 전류량을 정하기 때문인데, 일반적이 전열기는 500-1000[W]의 소비전력을 가지고 있다.

전기분해-Eletrolysis
전해질과 전리(Eletrolyte, ionization) 그림과 같이 물에 녹아 양이온과 음이온으로 분리되는 현상을 "전리"라 하고 물에 녹아 전해액을 만드는 물질을 전해액이라 한다.
	그림에서 두개의 구리판에 전원을 연결하면, 양극의 구리판은 엷어지고, 음극의 구리판은 두터워지는 현상이 발생하는데, 이는 전류가 흘러 구리를 운반한 것이다. 이와 같이 전해액에 잔류가 흘러 화학 변화를 일으키는 현상을 "전기분해"라 한다.
	패러데이의 법칙과 화학당량 전기분해에 의해 석축(추출)되는 물질의 양은 전해액을 통과한 총전기량이 같을 경우 물질의 화학당량에 비례한다.

전지-Battery
1차 전지와 2차 전지 전지: 화학 변화에 의해서 생기는 에너지도는 빛, 열 등의 물리적인 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치를 말한다. 1차 전지는 건전지처럼 일회용이며, 2차 전지는 재 사용이 가능한 충전지이다.
	그림과 같이 전리현상이 발생하여 두 극에 +, - 의 전기가 띄게 되어 약 1[V]의 전기가 발생하는데 이것이 볼타전지이며, 양극의 표면에는 전류가 생성되어 수소기체에 의한 분극작용이 일어난다.
	분극작용은 기전력을 저하시키므로, 양극을 수소와 결합하기 쉬운 산화물로 쒸워 수소를 물로 만드는데 이를 감극제라 한다.

건전지-Dry Cell 양극은 탄소막대를 사용하고, 음극에는 용기를 겸한 아연 원통을 사용한다. 전해액은 염화암모늄을 녹말과 섞어 반죽상태로 하거나 종이에 적셔 사용한다.
납축전지
전압이 약 2[V]로 이산화 납과 묽은 황산을 사용한다.