[펀치통신-497] 알쏭달쏭~단락, 쇼트, 단선, 합선

[펀치(더할리)]

  <단락 / 쇼트>  
 
바이크에는 각종 전기 장치들을 연결하는
전선들이 복잡하게 얽혀 있습니다.

그리고 주행 중에 발생하는 진동과
엔진 열기, 물리적인 외부 충격 등으로 인해
전선이 끊어지거나, 전선의 피복이

녹거나 벗겨지면서 전기적인 문제가

발생하기도 합니다.

전선이 끊어져서 회로가 연결되지

않는 것을 '단선(斷線)'이라고 하며,

전기장치가 작동하진 않지만 문제를

일으키지는 않습니다.

하지만 전선이 벗겨지면서 합선이 되어
이상 전류가 흐르는 '단락(短絡)' 현상은
전기 계통에 치명적인 손상을 줍니다.

'단락(短絡)'이란 이름의 한자어는
짧은 단(短), 이을 락(絡)을 사용하며, 
'짧은 이음'이란 뜻으로 영어로는
'쇼트 서킷(Short Circuit)'이라 부릅니다.

(줄여서 '쇼트'라고 많이 부릅니다.)
 
'짧은 이음'이 만들어진다는 건
도대체 어떤 현상이고, 왜 이런 현상이
문제를 일으키는지 알아봅니다.

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 <원자와 전자> 

단락 현상을 이해하려면 먼저 전기의
본질에 대해 알아야 합니다.
 
전기는 전자의 이동에 의해 만들어집니다.
 
그럼 전자는 무엇일까요?
 
물질을 구성하는 분자라는 단위가 있고,

분자는 원자와 원자의 결합으로 이뤄집니다.
 
예컨데 물 분자(H2O)는 수소원자(H)와
산소원자(O)의 결합으로 만들어집니다.

원자의 모양은 평면이 아니라
아래 그림과 같은 입체입니다.

원자의 중앙에는 원자핵이 들어있고,

핵은 전기적으로 양의 성질인 '양성자'와

양도 음도 아닌 '중성자'로 구성됩니다.

그리고 원자 핵의 주위를 음의 성질을 지닌

'전자(Electrion)'가 공전하고 있습니다.

그림 A와 같이 원자 속의 양자와 전자의 갯수는

같아서 전기적으로 중성 상태를 유지합니다.

원자 핵과 전자 사이에는 끌어당기는 인력이

존재하기 때문에 평소에는 원자와 전자들은

궤도 안에서 제 위치에 고정되어 있습니다.

하지만 원자에 외부에서 열, 충격, 자력 등의

에너지가 가해지면 원자 주위를 공전하던

전자 중 원자핵에서 멀리 떨어져 약한 인력을

받던 전자 중 일부가 이탈하여 다른 곳으로

이동하는데 이렇게 이동하는 전자를

'자유전자(Free Electron)'라고 부릅니다.

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 <대전(전기의 흐름, 전류: Current> 

이렇게 되면 음, 양이 조화를 이루던 원자에서
전자 수가 줄거나 늘면서 음이나 양의

전기적인 성향을 갖게 되며 이런 형상을

'대전(帶電)'되었다고 부릅니다.
 
그림 B와 같이 외부에서 자유전자가
원자 안으로 들어오면 전자의 개수가
양성자의 개수보다 많아지므로
음의 전하(전기량)가 양의 전하보다
많아져 '음의 대전 상태'가 됩니다.

반대로 그림 C와 같이 전자가 원자 밖으로
빠져나가면 양성자의 수가 전자의
수보다 많아져 '양의 대전 상태'가 됩니다.

명주 천에 에보나이트 막대를 문지르면

명주 속의 전자가 에보나이트로 이동하면서

명주는 양으로 대전되고, 에보나이트는 음으로

대전되는 것입니다.

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 <정전가> 

이렇게 대전된 전기는 음 혹은 양의 전기적

특성을 지니고 있지만 특별한 일이 없는 한

그 상태를 그대로 유지하는데 이렇게 머물러

있는 전기를 '정전기(靜電氣)'라 부릅니다.
 
그러나 음/양의 전하를 품고 있던정전기가

순간적으로 다른 물체와 접촉하면

원래의 안정된 전기적 중성 상태를

만들기 위해 양의 전하 쪽으로 빠르게

이동하는 '방전' 현상이 일어납니다.

건조한 겨울에 철 문고리를 잡을 때,
빗으로 머리를 빗을 때 발생하는 스파크는
 정확히 말하면 정전기가 발생하는 것이
아니라 외부 자극으로 인해 정전기가

빠르게 방전되는 것입니다.

이때 발생하는 전압은 1만 볼트가 넘고,
순간 전류도 수 암페어에 달하지만
전기가 흐르는 시간이 약 0.000002 초의
매우 짧은 순간이라서 정전기로
사람이 다치는 일은 거의 없습니다.
 
하지만 이런 정전기가 유류, 가스 등의
가연성 물체에 전도되면 스파크로 인해
폭발이 일어날 수 있기 때문에 주유기에
정전기 방지패드를 부착하여 예방합니다.

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  <동전기(動電氣)> 
 
머물러 있는 전기인 정전기와는 달리

음이나 양의 전기적 성격을 갖고 있는 물체에
지속적인 에너지 자극을 주면 원자 속의

자유전자가 계속 이동하면서 전자의 흐름이

이어지는데 이렇게 움직이는 전기를

정전기와 구분해 '동전기(Dynamic eletricity)'

라고 부릅니다.
 
우리가 일반적으로 말하는 전기는
이 동전기를 의미하며, 가정 전기나
공장 전기와 같은 교류 전기와
건전지, 충전지, 바이크 배터리 등과
같은 직류 전기가 모두 동전기입니다.

그리고 이런 동전기 안에서 이뤄지는

전자의 흐름을 '전류(Current)'라고 부르며,

전류는 음에서 양쪽으로 흐릅니다.

배터리에서 헤드라이트로 이어지는

전기회로도를 예로 설명하겠습니다.

 이 회로도에서 VB가 전원(배터리)이고,

R은 저항으로 헤드라이트이며,

하단에 있는 것이 퓨즈입니다.

정상적인 회로에서는 전원의 압력(전압)으로

전류가 이동시키면서 저항을 만나

전류가 램프를 점등시키는 일을 하고

다시 배터리로 복귀합니다.

그런데 전선의 피복이 벗겨져서 음, 양의

전선끼리 맞닿으면 저항을 거치지 않고

바로 지름길을 따라 전류가 흐릅니다.

이렇게 '짧은 이음'이 만들어지는 형상을

한자어로는 '단락(短絡)', 영어로는

'Short Circuit'이라고 부릅니다.

전압, 전류, 저항은 서로 연관되어 있어

이 중 하나를 변경하면 나머지
요소들이 영향을 받습니다.
 
이를 공식으로 표현한 것이 이겁니다.
 
V(전압) = I(전류) x R(저항)

 I(전류) = V(전압) / R(저항)

전압 12V, 헤드램프 저항 11Ω, 전선 저항 1Ω인

회로가 있다고 가정해 보겠습니다.

정상적인 회로에서는 전류가 파란 색

라인을 따라 흐르고, 전류 값은 1A입니다.

12V / (11+1)Ω = 1 A

하지만 쇼트가 일어나면 전류는 저항이

적은 라인을 따라 흐르는 성격이 있어서

램프의 저항(11Ω)이 있는 라인이 아니라

전선의 저항(1Ω)만 걸리는 짧은 라인을

따라가며, 이때 전류 값은 12A가 됩니다.

12V / (1)Ω = 12 A

즉 그 회로에서 흐를 수 있는 최대 전류가

과도하게 흐르면서 문제를 일으킵니다.

이런 문제를 예방하기 위해 회로 안에

과전류가 흐르면 전류의 흐름을 차단시키는 

서킷 브레이커(Circuit Breaker)나

퓨즈를 넣어서 회로와 기기를 보호합니다.

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단락 현상은 순간의 발생만으로도 치명적인

손상을 일으키므로 항상 피복의 절연 상태를

수시로 확인해야 하고, 전류 량에 맞는

전선과 정격 휴즈를 사용해야 합니다.

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[무심천]

네 감사합니다.

[부릉부릉 뭐하노]

개념 구분.
*전자이동 설명은 사진설명은 : 반도체 소자나 전자 쪽으로 더 치우친 공부에 해당 하고.
*전기로 보았을때 전자이동은 구분은: 전선의재료 또는 구비조건에 해당된다. (동. 합금. 원소는 많다)
*전자 이동은 -에서 +로 흐른다 라고 한다. 하지만 회로 해석에서 +에서 -로 국제적 시각으로 공통으로 묶어
회로를 해석 한다.

*단락개념과 전자이동은 다른 개념으로 보아야 한다.
*전기는 전자 이동이라 표현 할 수는 있지만 단락의 주된 원인 서술시는 해답은 아니다.
주된원인을 서술해야 맞다.

*전기는 거의 서술형이 많고 대부분 숫자 풀이 증명이라서 비슷한것 같아도 질문에 부합것을 적어 놓아야 한다.
*글쓴이 마지막 글 적어 놓은곳 추가, 한가지 더 적어 놓을 것은 전선의 굵기 선정이다.
아무리 보호회로구성및 과전류 방지대책된 회로라도 전선의 소손은 곳 단락이라서...

*그림 회로와같이 전압원에서 11오움 병렬연결된 상태에서 증가 하면 병렬 저항값은 어떻게 변하는지.
직렬접속은 어떻게 변하는지? 또한 전압원대신 전류원도 이해 해야 한다.

그래야 램프를 튜닝하거나 할때 .부하가 증가 감소 할때 변하량을 예측 또는 계산 할수있다.

[펀치(더할리)]

전문적이고 자세한 설명 감사합니다.^^