옴의 법칙과 힘

옴의 법칙과 힘

DC 전기 회로에서 전압, 전류 및 저항 사이의 관계는 독일 물리학자 게오르그 옴(Georg Ohm)에 의해 처음 발견되었습니다.

게오르그 옴(Georg Ohm)은 일정한 온도에서 고정된 선형 저항을 통해 흐르는 전류가 저항에 적용된 전압에 정비례하고 저항에 반비례한다는 사실을 발견했습니다. 전압, 전류 및 저항 간의 이러한 관계는 옴스 법칙 의 기초를 형성하며 아래에 나와 있습니다.

옴스 법칙 관계

전압, 전류 또는 저항 수량의 두 값을 알면 옴스 법칙을 사용하여 세 번째 누락 값을 찾을 수 있습니다. 옴스 법칙은 전자 공식 및 계산에 광범위하게 사용되므로 "이러한 공식을 이해하고 정확하게 기억하는 것이 매우 중요합니다."

전압(V)을 구하려면

[ V = I x R ] V(볼트) = I(암페어) x R(Ω)

현재를 찾으려면, ( I )

[ I = V ¼ R ] I(암페어) = V(볼트) ¼ R(Ω)

 

저항을 찾으려면 ( R )

[ R = V ¼ I ] R(Ω) = V(볼트) ¼ I(암페어)

때로는 그림을 사용하여 이 옴의 법칙 관계를 기억하는 것이 더 쉽습니다. 여기서는 V , I , R 의 세 가지 양이 삼각형( 옴의 법칙 삼각형 이라고도 불림)으로 겹쳐져 위쪽에는 전압이, 아래쪽에는 전류와 저항이 제공됩니다. 이 배열은 옴스 법칙 공식 내에서 각 수량의 실제 위치를 나타냅니다.

옴스 법칙 삼각형

 

위의 표준 옴스 법칙 방정식을 전치하면 동일한 방정식의 다음과 같은 조합이 제공됩니다.

 

그런 다음 옴의 법칙을 사용하면 1Ω의 저항에 1V의 전압을 가하면 1A의 전류가 흐르고 저항 값이 클수록 주어진 인가 전압에 대해 흐르는 전류는 줄어드는 것을 알 수 있습니다. "옴의 법칙", 즉 이를 통해 흐르는 전류가 저항기나 케이블과 같이 이를 통과하는 전압( I α V )에 비례하는 모든 전기 장치 또는 구성 요소는 본질적으로 "옴" 이라고 하며 장치는 트랜지스터나 다이오드와 같이 그렇지 않은 것을 "비저항" 장치 라고 합니다 .

회로의 전력

회로 의 전력 (  P  )은 회로 내에서 에너지가 흡수되거나 생성되는 속도입니다. 전압과 같은 에너지원은 연결된 부하가 전력을 흡수하는 동안 전력을 생산하거나 전달합니다. 예를 들어 전구와 히터는 전력을 흡수하여 열이나 빛, 또는 둘 다로 변환합니다. 와트 단위의 가치나 등급이 높을수록 더 많은 전력을 소비할 가능성이 높습니다.

전력의 양 기호는 P 이며 측정 단위는 와트 (  W  )로 전압에 전류를 곱한 값입니다. 접두사는 밀리와트 ( mW = 10-3W ) 또는 킬로와트 ( kW = 103W ) 와 같이 와트의 다양한 배수 또는 약수를 나타내는 데 사용 됩니다 .

그런 다음 옴의 법칙을 사용하고 V , I 및 R 값을 대체하면 전력에 대한 공식을 다음과 같이 찾을 수 있습니다.

힘(P)을 찾으려면

[ P = V x I ] P(와트) = V(볼트) x I(암페어)

또한:

[ P = V 2  ¼ R ] P(와트) = V 2  (볼트) ¼ R(Ω)

 

또한:

[ P = I 2  x R ] P(와트) = I 2  (암페어) x R(Ω)

이번에도 세 가지 양이 삼각형으로 겹쳐져 있습니다. 이번에는 상단에 전력이 있고 하단에 전류와 전압이 있는 전력 삼각형( Power Triangle) 이라고 합니다. 다시 말하지만, 이 배열은 옴 법칙 거듭제곱 공식 내에서 각 수량의 실제 위치를 나타냅니다.

파워 트라이앵글

 

그리고 다시 위의 기본 옴스 법칙 방정식을 전력으로 바꾸면 동일한 방정식의 다음과 같은 조합을 통해 다양한 개별 수량을 찾을 수 있습니다.

 

따라서 우리는 회로의 전력을 계산하는 데 세 가지 가능한 공식이 있음을 알 수 있습니다. 계산된 전력이 공식 값에서 양수(+P)이면 구성 요소가 전력을 흡수합니다. 즉, 전력을 소비하거나 사용하고 있는 것입니다. 그러나 계산된 전력이 음수(-P) 값인 경우 구성 요소는 전력을 생산하거나 생성합니다. 즉, 배터리 및 발전기와 같은 전력 공급원입니다.

전력 등급

전기 구성 요소에는 구성 요소가 전력을 열, 빛 또는 운동과 같은 다른 형태의 에너지로 변환하는 최대 속도를 나타내는 와트 단위의 "전력 등급"이 지정됩니다. 예를 들어 1/4W 저항기, 100W 전구 등이 있습니다.

전기 장치는 한 형태의 전력을 다른 형태로 변환합니다. 예를 들어, 전기 모터는 전기 에너지를 기계적 힘으로 변환하고, 발전기는 기계적 힘을 전기 에너지로 변환합니다. 전구는 전기 에너지를 빛과 열로 변환합니다.

또한 이제 우리는 전력의 단위가 WATT라는 것을 알고 있지만 , 전기 모터와 같은 일부 전기 장치는 "마력" 또는 hp라는 기존 측정 단위의 전력 등급을 갖습니다. 마력과 와트 사이의 관계는 다음과 같습니다: 1hp = 746W . 예를 들어 2마력 모터의 정격은 1492W(2 x 746) 또는 1.5kW입니다.

옴스 법칙 원형 차트

다양한 값 사이의 관계를 좀 더 이해하는 데 도움이 되도록 위의 모든 옴의 법칙 방정식을 사용하여 전압 , 전류 , 저항 및 물론 전력을 찾아 간단한 옴의 법칙 원형 차트 로 압축하여 다음 작업에 사용할 수 있습니다. AC 및 DC 회로와 계산은 다음과 같습니다.

옴스 법칙 원형 차트

 

위에 표시된 옴의 법칙 원형 차트를 사용할 뿐만 아니라 알 수 없는 값을 계산할 때 쉽게 참조할 수 있도록 표시된 대로 개별 옴의 법칙 방정식을 간단한 행렬 테이블에 넣을 수도 있습니다.

옴스 법칙 매트릭스 테이블

 

옴스 법칙 예제 No1

아래 표시된 회로에서 전압(V), 전류(I), 저항(R) 및 전력(P)을 찾습니다.

 

전압 [ V = I x R ] = 2 x 12Ω = 24V

전류 [ I = V ¼ R ] = 24 ¼ 12Ω = 2A

저항 [ R = V ¼ I ] = 24 ¼ 2 = 12Ω

전력 [ P = V x I ] = 24 x 2 = 48W

 

전기 회로 내의 전력은 전압과 전류가 모두 존재할 때만 존재 합니다 . 예를 들어, 개방 회로 조건에서는 전압이 존재하지만 전류 흐름이 없습니다 I = 0 (영) 이므로 V*0 은 0 이므로 회로 내에서 소비되는 전력도 0 이어야 합니다 . 마찬가지로 단락 조건이 있는 경우 전류 흐름은 존재하지만 전압 V = 0 이 없으므로 0*I = 0 이므로 다시 회로 내에서 소비되는 전력은 0 입니다 .

전력은 V*I 의 곱이므로 , 회로에 고전압과 저전류가 흐르든 저전압과 고전류가 흐르는지 여부에 관계없이 회로에서 소비되는 전력은 동일합니다. 일반적으로 전력은 열 (히터), 모터와 같은 기계적 작업 , 복사 형태의 에너지 (램프) 또는 저장된 에너지(배터리)의 형태로 소산됩니다.

회로의 전기 에너지

전기 에너지 는 일을 할 수 있는 능력이며, 일 또는 에너지의 단위는 줄 ( J  ) 입니다  . 전기 에너지는 전력에 소비된 시간을 곱한 값입니다. 따라서 소비되는 전력량(와트)과 전력이 사용되는 시간(초)을 알면 사용된 총 에너지(와트-초)를 찾을 수 있습니다. 즉, 에너지 = 전력 x 시간, 전력 = 전압 x 전류입니다. 따라서 전력은 에너지와 관련이 있으며 전기 에너지에 대해 주어진 단위는 와트-초 또는 줄 입니다 .

 

전력은 에너지가 전달되는 속도로 정의될 수도 있습니다. 1줄의 일이 1초의 일정한 속도로 흡수되거나 전달되면 해당 전력은 1와트와 동일하므로 전력은 "1줄/초 = 1와트"로 정의될 수 있습니다. 그러면 1와트는 초당 1줄과 같고 전력은 일을 하는 속도 또는 에너지 전달 속도로 정의할 수 있습니다.

전력 및 에너지 삼각형

 

또는 다양한 개별 수량을 찾으려면:

 

우리는 이전에 전기 에너지가 초당 와트 또는 줄로 정의된다고 말했습니다 . 전기 에너지는 줄 단위로 측정되지만 구성 요소가 소비하는 에너지를 계산하는 데 사용하면 매우 큰 값이 될 수 있습니다.

예를 들어, 100와트 전구를 24시간 동안 "켜진" ​​상태로 두면 소비되는 에너지는 8,640,000줄(100W x 86,400 초)이 되므로 킬로줄 ( kJ = 10 3J ) 또는 메가줄 ( MJ =) 과 같은 접두어가 붙습니다. 10 6 J )가 대신 사용되며 이 간단한 예에서 소비되는 에너지는 8.64MJ(메가줄)입니다.

그러나 전기 에너지를 표현하기 위해 줄(joule), 킬로줄(kilojoule) 또는 메가줄(megajoule)을 다루는 경우 관련된 수학은 큰 숫자와 많은 0으로 끝날 수 있으므로 소비되는 전기 에너지를 킬로와트시로 표현하는 것이 훨씬 더 쉽습니다.

소비된(또는 생성된) 전력을 와트 또는 킬로와트(수천 와트)로 측정하고 시간을 초가 아닌 시간으로 측정하는 경우 전기 에너지의 단위는 킬로와트시 ( kWhr)가 됩니다. 그러면 위의 100와트 전구는 2,400와트시, 즉 2.4kWhr을 소비하게 되는데, 이는 8,640,000줄을 이해하기 훨씬 쉽습니다.

1kWhr은 1시간에 1000와트 정격의 장치가 사용하는 전기량이며 일반적으로 "전기 단위"라고 합니다. 이는 전력량계로 측정되는 것이며 소비자로서 청구서를 받을 때 전기 공급업체로부터 구매하는 것입니다.

킬로와트시는 우리가 사용하는 전기 에너지의 양과 그에 따른 지불 금액을 계산하기 위해 가정의 전기 계량기에 사용되는 표준 에너지 단위입니다. 따라서 정격 1000와트의 발열체를 사용하여 전기 불을 켜고 1시간 동안 켜두면 1kWhr의 전기를 소비하게 됩니다. 각각 1000와트의 전기 화재를 30분 동안 두 번 켜면 총 소비량은 정확히 같은 양의 전기(1kWhr)가 됩니다.

따라서 1시간 동안 1000와트를 소비하는 것은 30분 동안(절반 시간) 2000와트(2배)의 전력을 사용하는 것과 같은 양의 전력을 사용하는 것입니다. 그러면 100와트 전구가 1kWhr 또는 1단위의 전기 에너지를 사용하려면 총 10시간 동안 켜져 있어야 합니다(10 x 100 = 1000 = 1kWhr).

이제 회로의 전압, 전류 및 저항 사이의 관계가 무엇인지 알았으므로 DC 회로와 관련된 다음 튜토리얼에서 전기 및 전자 공학에 사용되는 표준 전기 단위를 살펴보고 이러한 값을 계산하고 각 값은 표준 단위의 배수 또는 약수로 표시될 수 있습니다.