[Section 1] 전자회로의 기본 용어

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[Intro] 전자회로 미리보기

0. INTRO

 세상의 많은 전자제품들의 하드웨어가 전자 회로를 기반하여 만들어졌다고 과언이 아닐 정도로, 전자회로는 인간을 편하게 하는 학문임에 틀림이 없다. 보다 효율적이고 체계적인 회로를 구성하기 위해서 전자회로의 기본 용어를 공부해 보자.

1. 기본 용어와 그림 정리

A. 전압, V

EMF(Electro-Motive Force)라고도 불리는 전압은 회로에 전하들이 움직일 수 있도록 해주는 원동력이다. 비슷한 예로 중력에서 위치에너지의 높이가 바로 이 전압에 해당한다고 볼 수 있다. 높은 고도에서의 중력장으로 물체에 힘이 작용하듯, 회로 안의 많은 전하들이 이 전압에 따라서 전기장이 생성되고 힘이 작용하여 움직이게 된다. 

 

• 전압의 단위는 볼트(Volt)로 표기한다. 
• 전압이 높아지면, 그 회로에 흐르는 전류 또한 커진다. 

B. 전류, I

전압이 회로에 걸리면, 전하들이 움직이게 된다. 이때 그 전하의 흐름을 전류(Current)라고 정의한다. 따라서 전류의 단위는  C/s이다. 이 단위는 A로 암페어(Amperes)라고 한다.  전류는 전원의 +극과 -극으로 그 흐르는 방향을 정의한다. 전류는 +에서 -로 흐르지만, 사실 전하의 움직임은 반대이다. 전하는 -에서 +극을 향해서 이동한다. 

 

• 전류의 단위는 암페어(A)로 표기하고 그 단위는 C/s이다. 
• 전류는 +극에서 -극으로 흐르지만, 전하는 -극에서 +극으로 이동한다.

C. 저항, R

 회로에서 저항이라는 말이 쓰인 이유는 아마도 고전물리학과 관계되어 있지 않을까 생각해본다. 고전 역학에서는 물체가 움직일 때 마찰력이라는 저항력이 발생한다. 이러한 저항력으로 물체가 받는 힘에 비례하여 마찰력은 점점 높아진다. 마찬가지로 회로에서도 전압을 점점 높일수록, 그 회로의 이동하는 전하들이 받는 저항 또한 비례하여 높아진다. 저항의 단위는 옴(Ohm)으로 기호는 Ω이다. 

 

• 저항의 단위는 옴으로, 기호는 Ω로 표기한다.
• 회로에 거는 전압이 높아질수록, 저항도 그에 비례하여 높아진다.

D. 전력, P

사실 회로에 거는 전압에 따라 에너지는 결정된다고 해도 과언이 아닐 정도로 회로에서 전압이 가지는 의의는 크다. 하지만, 실제로 에너지는 전력으로 나타낸다. 이 전력(Power)의 단위는 와트(W)이며, 1와트는 1J의 일을 1초 동안에 수행할 수 있는 에너지를 나타낸다. 예를 들어, 30W짜리 LED가 있다고 가정하자. 이 LED는 30줄의 일을 1s 동안 수행하는 것이다.

 

• 회로의 에너지는 전력으로 나타낸다.
• 전력의 단위는 와트이며, 1J의 일을 1s 동안에 수행할 수 있는 일률을  의미한다.

 

* 전력은 기호 P로 나타내며 공식은 다음과 같다.

 

전력 공식

 

위의 용어와 개념에 근거하여, 앞으로 전선의 그림은 구리 전선을 모델로 하되 저항은 고려하지 않겠다. 그리고 초기 전압에 따른 전류값을 다음과 같이 명시하고자 한다.

 

저항이 없는 가상의 전선

 

* 출력 전압이라는 표현이 조금 이상할지도 모르겠지만, 이는 전선을 통과 후 남아있는 전압이라는 의미이다.

2. 관계식 정리

 지금까지 정리한 4가지 기본용어들의 관계는 다음과 같다.

 

전압, 전류 그리고 저항과 전력

 

* 다음강의는 키르히호프의 법칙입니다.

[Section 1] 키르히호프의 법칙(Kirchhoff)