전자 전기 저항 전압

[땜신]

1. 전압

(1) 전압 : 전기 회로에 전기를 흐르게 하는 능력

(2) 전압과 수압의 비교

① 수압이 물을 흐르게 하듯이 전압은 전류를 흐르게 한다.

② 수압이 높으면 물의 흐름이 세지고, 수압이 낮으면 물의 흐름이 약해지는 것과 같이 전압이 높으면 전류가 세게 흐르고 전압이 낮으면 전류가 약하게 흐른다.

(3) 전압의 단위

- V(볼트)를 사용한다

- 가정용 전압 : 보통 220V를 많이 사용한다.

(4) 전압계 사용법

① 전압계의 선택 : 측정할 전압이 직류인지 교류인지 확인하여 전압계를 선택한다

② 단자의 선택 : 전압의 크기를 대략 예상하여 큰 값의 단자부터 선택하여 눈금판에 표시된 허용값이 넘지 않는 범위에서 측정한다.

③ 전압계의 연결 : 회로에 병렬로 연결하며 (+)단자는 전지의 (-)극에서 나온 도선에, (-)단자는 전지의 (-)극에서 나온 도선 연결한다. 전압계는 전류계와는 달리 (+)극과 (-)극에 전압계의 단자를 직접 연결하여 전압을 측정해도 된다.

④ 사용하는 단자에 대응하는 눈금을 읽는다 : 눈금을 읽을 때에는 최소단위 눈금의 까지 어림짐작하여 읽는다.

⑤ 전압계의 원리 : 전류계에서 큰 저항을 직렬로 연결한 것이 전압계이다. 따라서 전압계의 구조는 전류계와 거의 같다. 전압은 전기 회로에 병렬로 연결하므로 회로의 전류가 전압계로 많이 흐르는 것을 막기 위하여 내부 저항을 크게 한다. 따라서 이 내부 저항에 흐르는 전류를 측정하면 옴의 법칙에 의해 회로에 걸리는 전압을 측정할 수 있다.

(5) 전지의 연결과 전압

① 직렬 연결

- 연결방법 : 전기의 (-)극에 다른 전지의 (+)극을 차례대로 연결한다.

- 전체 전압 : 전체 전압은 각 전지의 전압 합과 같다. 즉, 전압은 전지의 개수에 비례한다. 따라서 전지를 직렬로 연결하면 높은 전압을 얻을 수 있다.

② 병렬 연결

- 연결 방법 : 전지의 (+)극은 (+)극끼리, (-)극은 (-)극끼리 연결한다.

- 전체 전압 : 전체 전압은 전지 1개의 전압과 같다.

 즉, 전압이 같은 전지를 병렬로 연결하면 전체 전압은 연결한 전지의 개수에 관계없이 일정하다. 그러나 전지를 오랫동안 사용할 수 있다.

2. 전압과 전류의 관계

(1) 전압과 전류의 관계 : 도선에 높은 전압이 걸리면 센 전류가 흐르고 낮은 전압이 걸리면 약한 전류가 흐른다. 즉, 도선에 흐르는 전류의 세기( Ι)는 도선에 걸리는 전압( V )에 비례한다. 전압( V ) ∝ 전류 ( Ι)

(2) 옴의 법칙

① 전기 저항 : 전류가 흐르는 것을 방해하는 정도를 전기저항이라고 한다

- 저항은 도선에 흐르는 전류에 대한  전압의 비를 의미한다.

- 저항의 단위

·전기 저항의 크기를 나타내는 단위로는 Ω(옴)을 사용한다.

·1Ω(옴)은 도선의 양 끝에 1V의 전압을 걸어서 1A의 전류가 흐를 때 저항값이다. 그리고 1KΩ(킬로옴)은 1000Ω)이며 1MΩ(밀리옴)은 이다.

② 옴의 법칙 : 니크롬선과 같이 전기 저항을 가지는 도선을 전원과 연결하여 회로를 만들면 전류가 흐른다. 이때 도선에 흐르는 전류의 세기(Ι)은 도선 양 끝에 걸리는 전압(V)에 비례하고 도선의 전기 저항(R)에 반비례한다. 이것을 '옴의 법칙' 이라고 한다.

③ 전압, 전류, 저항 사이의 관계

- 저항이 일정할 때 : 전압과 전류는 비례 ( V ∝ Ι)

- 전류가 일정할 때 : 전압과 저항은 비례 ( V ∝ R )

- 전압이 일정할 때 : 전류와 저항은 반비례 (Ι ∝  )

3. 전기 저항

(1) 전기 저항 : 전류가 흐르는 것을 방해하는 정도를 의미한다

(2) 도선에 전기 저항이 생기는 원인

- 전기 저항은 원자핵과 전자의 충돌에 의해 생기는데 이 충돌 정도는 원자핵의 배열에 따라 다르므로  저항도 물질에 따라 다르게 나타난다.

(3) 도선의 길이 및 단면적과 저항

① 도선의 길이와 저항 : 같은 물질로 되어 있고 굵기가 일정할 때 도선이 길면 저항이 크다. 즉, 도선의 저항(R)으 도선의 길이( l )에 비례한다. 저항(R) ∝ 도선의 길이( l )   

② 도선의 단면적과 저항 : 같은 물질로 되어 있고 길이가 일정할 때 도선이 굵으면 저항이 작다. 즉, 도선의 저항(R)은 도선의 단면적(S)에 반비례한다.

③ 도선의 길이 및 단면적과 저항 : 도선의 저항(R)은 도선의 길이(l)에 비례하고 단면적(S)에 반비례한다.

이 때 비례상수를 P(그리스 문자 '로' 라고 읽음)라고 하며 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이 P 는 물질에 따라 결정되는 값으로 길이가 1m이고 단면적이 1㎟일 때의 값이다 이 값이 클수록 저항이 크다.

(4) 도체와 부도체

① 도체 : 은이나 구리와 같이 저항이 작아서 전류를 잘 통하는 물질을 도체라고 한다. 대부분의 금속은 도체이다.

② 부도체 : 고무나 유리와 같이 저항이 커서 전류가 잘 통하지 않는 물질을 부도체라고 한다. 이것은 전류가 흐르는 것을 막는데 사용하므로 절연체라고도 한다.

·절연체의 이용

- 전등에 사용되는 전깃줄: 비닐로 싸여 있다

- 애자 : 전봇대 위 고압선에 붙어 있는 것으로 센 전류가 전봇대로 흘러나오는 것을 막아 준다

- 코일 : 코일의 표면에는 에나멜이 입혀져 있는데 이 에나멜이 절연체 역할을 한다.

- 전기 다리미 : 발열 부분은 니크롬선을 사용하지만 누전의 위험을 없애기 위하여 운모판으로 절연하고 있다.

③ 반도체 : 게르마늄과 규소와 같이 저항이 도체와 부도체의 중간 정도인 물질로 대부분 고체 결정으로 온도가 높아지면 자유전자의 이동이 쉬워진다. 즉 온도가 높아지면 저항이 작아진다. 또 미량의 불순물이 섞이면 전기적 특성이 크게 달라져서 다이오드, 트랜지스터, IC(직접회로) 등을 만드는데 사용된다.

- 다이오드 : 교류를 직류로 바꾸는 장치이다

- 트랜지스터 : 전기 신호를 증폭시키는 장치로 우리가 보거나 들을 수 있는 영상 전류나 음성전류로 바꾸는 장치이다.   

④ 초전도체 : 대부분의 금속은 온도가 높아지면 저항이 커지고 반대로 온도가 낮아지면 저항이 작아진다. 특히 저항이 0인 물질을 초전도체라고 한다.

4. 저항의 연결 방법

(1) 저항의 직렬 연결

① 모든 저항에 흐르는 전류의 세기는 같다.

② 각 저항에 흐르는 전류가 같으므로 각 저항에 걸린 전압은 저항이 클수록 크다.

③ 각 저항에 걸린 전압을 합하면 전체 회로에 걸린 전압과 같다.

④ 전체 저항은 각 저항의 합과 같다.

⑤ 저항의 직렬 연결과 도선의 길이 : 저항이 인 니크롬선 두 개를 직렬로 연결했을 때 저항 전체( )은 두 니크롬선의 길이의 합과 같은 니크롬선의 저항(R)과 같다. 이것은 도선을 직렬로 연결할 때 도선의 길이가 길어져 전체 저항이 커진다는 것을 의미한다.

(2) 저항의 병렬 연결

① 각 저항에 걸리는 전압은 같다.

 

② 각 저항에 흐르는 전류의 세기는 저항에 반비례한다.

③ 전체 전류는 각 저항에 흐르는 전류의 합과 같다.

 

④ 전체 저항의 역수는 각 저항의 역수의 합과 같으므로 전체 저항은 각 저항보다 작아진다.

⑤ 저항의 병렬 연결과 도선의 굵기 비유 : 저항을 병렬로 연결한 것은 도선의 길이는 변하지 않지만 단면적이 커지는 것과 같으므로 전체 저항은 작아진다. 즉, 단면적이 S, 길이가  l , 저항이 R인 도선 두 개를 병렬로 연결하면 도선의 길이는 변하지 않는데 도선의 굵기만 2S로 두 배가되어 저항이 로 줄어들게 된다.

·가정에서의 전기 배선 : 가정에서 사용하는 모두 전기 기구는 병렬로 연결되어 있기 때문에 모두 같은 전압이 공급된다.

·저항의 혼합 연결 : 저항의 직렬 연결과 병렬 연결을 혼합한 것으로 전체 저항은 직렬 연결한 저항의 부분합과 병렬 연결한 저항의 부분합을 더한다.

(3) 전구의 연결과 밝기

① 전구의 직렬 연결과 밝기 : 전지 한 개에 두 개의 전구를 직렬로 연결하면 전구의 밝기는 전구 한 개일 때보다 어둡다.

② 전구의 병렬 연결과 밝기 : 전지 한 개에 전구 두 개를 병렬로 연결하면 전구의 밝기는 전구의 한 개 일 때의 밝기와 같다.

③ 전구의 밝기가 다른 까닭 : 전하가 연결된 길을 따라 흐를 때에 받는 저항이 각각 다르기 때문이다. 즉, 전구를 직렬로 연결할 때에는 병렬로 연결할 때보다 저항이 커져서 전류가 약하게 흐른다.

 ④ 전기 기구의 동시 사용 : 가정의 전기 기구는 모두 병렬로 되어 있으므로 동시에 여러 기구를 사용하면 전선에 많은 전류가 흘러 화재가 나거나 퓨즈가 끊어질 염려가 있다.