사실, (전압원의 극을 하나의 전선으로 직접 연결하는) 구축하는 것은 매우 위험할 수 있습니다. 위험한 이유는 그러한 단락 회로에서 전류의 크기가 매우 클 수 있고 에너지 방출 이 매우 극적일 수 있기 때문입니다(일반적으로 열의 형태로). 일반적으로 전기 회로는 가능한 한 안전한 방식으로 방출된 에너지를 실용적으로 사용할 수 있도록 구축됩니다.
램프의 필라멘트를 통한 전류 흐름
전류의 실용적이고 대중적인 용도 중 하나는 전기 조명을 작동시키는 것입니다. 가장 간단한 형태의 전기 램프는 투명한 유리 전구 안에 있는 작은 금속 "필라멘트"로, 충분한 전류가 흐르면 열 에너지로 백열("백열")됩니다. 배터리와 마찬가지로 두 개의 전도성 연결 지점이 있는데, 하나는 전류가 들어오고 다른 하나는 전류가 나가기 위한 것입니다. 전압원에 연결된 전기 램프 회로는 다음과 같습니다.
전류가 램프의 얇은 금속 필라멘트를 통과할 때 일반적으로 두꺼운 전선에서보다 움직임에 대한 저항이 더 큽니다. 전류에 대한 이러한 저항은 재료 유형, 단면적 및 온도에 따라 달라집니다. 이를 기술적으로 저항 이라고 합니다. ( 도체는 저항이 낮고 절연체는 저항이 매우 높다고 할 수 있습니다 .) 이 저항은 배터리에서 공급하는 주어진 양의 전압으로 회로를 통과하는 전류량을 제한하는 역할을 하는 반면, 전압원(배터리)의 한쪽 끝을 다른 쪽 끝에 연결하는 전선만 있는 "단락 회로"와 비교됩니다. 전류가 저항의 저항에 반하여 움직일 때 "마찰"이 발생합니다. 기계적 마찰과 마찬가지로 저항에 반하여 흐르는 전류로 인해 발생하는 마찰은 열의 형태로 나타납니다. 램프 필라멘트의 집중된 저항은 해당 필라멘트에서 비교적 많은 양의 열 에너지가 소산되는 결과를 낳습니다. 이 열 에너지는 필라멘트가 하얗게 빛나서 빛을 내기에 충분한 반면, 램프를 배터리에 연결하는 전선(저항이 훨씬 낮음)은 같은 양의 전류를 흐르게 하면서 거의 따뜻해지지 않습니다. 단락 회로의 경우와 마찬가지로 회로의 연속성이 어느 지점에서 끊어지면 전체 회로에서 전류 흐름이 중단됩니다. 램프가 있는 경우 이는 램프가 빛나지 않음을 의미합니다.
이전과 마찬가지로 전류가 흐르지 않으면 배터리의 전체 전위(전압)가 단절을 통해 사용 가능하며, 그 단절을 가로질러 브리지 연결하여 전류가 다시 흐를 수 있는 기회를 기다립니다. 이 상태를 개방 회로 라고 하며 , 회로의 연속성이 끊어지면 전류가 통하지 않습니다. 회로를 "열기" 위해서는 연속성이 한 번 끊어지면 됩니다. 단절이 다시 연결되고 회로의 연속성이 재설정되면 폐쇄 회로 라고 합니다 .
램프 스위칭의 기초
여기서 우리가 보는 것은 원격 스위치로 램프를 켜고 끄는 기초입니다. 회로의 연속성이 끊어지면 전체 회로에서 전류가 멈추기 때문에, 우리는 의도적으로 그 연속성을 끊도록 설계된 장치(스위치라고 함 ) 를 전선을 연결할 수 있는 편리한 위치에 장착하여 회로의 전류 흐름을 제어할 수 있습니다.
이것이 집 벽에 설치된 스위치가 긴 복도 아래에 설치된 램프나 스위치에서 멀리 떨어진 다른 방에 설치된 램프를 제어할 수 있는 방식입니다. 스위치 자체는 기계적 레버 작동기나 푸시버튼으로 강제로 연결된 한 쌍의 전도성 접점(일반적으로 어떤 종류의 금속으로 만들어짐)으로 구성됩니다. 접점이 서로 닿으면 전류가 한 접점에서 다른 접점으로 흐르고 회로의 연속성이 확립됩니다. 접점이 분리되면 전류가 한 접점에서 다른 접점으로 흐르는 것이 그 사이의 공기 절연으로 인해 방지되고 회로의 연속성이 끊어집니다.
나이프 스위치
아마도 기본 원리를 설명하기 위해 보여줄 수 있는 가장 좋은 종류의 스위치는 "나이프" 스위치일 것입니다.
나이프 스위치는 힌지에서 자유롭게 회전할 수 있는 전도성 레버에 불과하며, 전도성이 있는 하나 이상의 고정 접점과 물리적으로 접촉합니다. 위 그림에 표시된 스위치는 도자기 기반(뛰어난 절연 재료)에 구리(뛰어난 도체)를 "블레이드"와 접점에 사용하여 제작되었습니다. 손잡이는 플라스틱으로 되어 있어 스위치를 열거나 닫을 때 작업자의 손을 스위치의 전도성 블레이드로부터 절연합니다. 다음은 고정 접점이 하나 대신 두 개인 또 다른 유형의 나이프 스위치입니다.
여기에 표시된 특정 나이프 스위치는 "블레이드"가 하나 있지만 고정 접점이 두 개 있어서 두 개 이상의 회로를 만들거나 끊을 수 있습니다. 지금으로서는 스위치가 무엇이고 어떻게 작동하는지에 대한 기본 개념만 알면 되므로 그다지 중요하지 않습니다. 나이프 스위치는 스위치가 작동하는 기본 원리를 설명하는 데 좋지만 고전력 전기 회로에서 사용하면 뚜렷한 안전 문제가 발생합니다. 나이프 스위치의 노출된 도체는 회로와의 우발적 접촉을 뚜렷한 가능성으로 만들고 이동 블레이드와 고정 접점 사이에 발생할 수 있는 모든 스파크는 근처의 가연성 물질을 점화할 수 있습니다. 대부분의 최신 스위치 설계는 이러한 위험을 완화하기 위해 이동 도체와 접점을 절연 케이스 내부에 밀봉합니다. 몇 가지 최신 스위치 유형의 사진은 스위칭 메커니즘이 나이프 설계보다 훨씬 더 은폐되어 있음을 보여줍니다.
개방 회로와 폐쇄 회로
회로의 "개방" 및 "폐쇄" 용어에 따라, 한 연결 단자에서 다른 연결 단자로 접촉하는 스위치(예: 블레이드가 고정 접점에 완전히 닿은 나이프 스위치)는 전류가 흐를 수 있는 연속성을 제공하며 폐쇄 스위치라고 합니다. 반대로, 연속성을 끊는 스위치(예: 블레이드가 고정 접점에 닿지 않은 나이프 스위치 )는 전류가 통과하지 못하게 하며 개방 스위치라고 합니다. 이 용어는 전자공학을 처음 접하는 학생에게 종종 혼란을 줍니다. "개방"과 "폐쇄"라는 단어는 일반적으로 문의 맥락에서 이해되기 때문입니다. 여기서 "개방"은 자유로운 통과를 의미하고 "폐쇄"는 막힘을 의미합니다. 전기 스위치의 경우 이러한 용어는 반대 의미를 갖습니다. "개방"은 전류가 흐르지 않는 것을 의미하고 "폐쇄"는 전류가 자유롭게 통과하는 것을 의미합니다.
검토:
- 저항은 전류에 대한 반대의 척도입니다.
- 단락 회로는 전류 흐름에 대한 저항이 거의 없거나 전혀 없는 전기 회로입니다. 단락 회로는 고전압 전원에서 위험합니다. 왜냐하면 높은 전류가 발생하면 대량의 열 에너지가 방출될 수 있기 때문입니다.
- 개방 회로란 전류 흐름 경로가 차단되어 연속성이 끊어진 회로를 말합니다.
- 폐쇄 회로란 완전 하고 전체적으로 좋은 연속성을 가진 회로를 말합니다.
- 제어된 조건에서 회로를 열거나 닫도록 설계된 장치를 스위치 라고 합니다 .
- "개방" 과 "폐쇄" 라는 용어는 스위치와 전체 회로를 가리킵니다. 개방 스위치는 연속성이 없는 스위치입니다. 전류가 흐를 수 없습니다. 폐쇄 스위치는 전류가 흐를 수 있는 직접(저저항) 경로를 제공하는 스위치입니다.