전류, 전압, 저항 사이의 첫 번째이자 아마도 가장 중요한 관계는 옴의 법칙이라고 불리는데, 게오르그 사이먼 옴이 발견하고 1827년 논문인 '수학적으로 조사한 전기 회로'에 발표했습니다.
전압, 전류 및 저항
전기 회로는 전하가 지속적으로 움직일 수 있도록 전도 경로가 생성될 때 형성됩니다. 회로의 도체를 통한 전하의 이러한 지속적인 움직임을 전류라고 하며 , 종종 중공 파이프를 통한 액체의 흐름과 마찬가지로 "흐름"이라는 용어로 언급됩니다.
회로에서 전하 캐리어가 "흐르도록" 하는 힘을 전압 이라고 합니다 . 전압은 항상 두 지점 사이에서 상대적인 위치 에너지의 특정 척도입니다.
회로에 특정 양의 전압이 존재한다고 말할 때, 우리는 그 회로의 한 특정 지점에서 다른 특정 지점으로 전하 캐리어를 이동시키는 데 얼마나 많은 잠재 에너지가 존재하는지 측정하는 것을 말합니다. 두 개의 특정 지점 을 언급하지 않으면 "전압"이라는 용어는 의미가 없습니다.
전류는 도체를 통해 어느 정도 마찰이나 움직임에 대한 반대와 함께 이동하는 경향이 있습니다. 움직임에 대한 이러한 반대는 더 적절하게 저항 이라고 합니다. 회로의 전류량은 전압의 양과 전류 흐름을 반대하는 회로의 저항의 양에 따라 달라집니다.
전압과 마찬가지로 저항은 두 지점 사이의 상대적인 양입니다. 이러한 이유로 전압과 저항의 양은 종종 회로의 두 지점 "사이" 또는 "두 지점을 가로지르는" 것으로 표현됩니다.
측정 단위: 볼트, 암페어, 옴
회로에서 이러한 양에 대한 의미 있는 진술을 하려면 질량, 온도, 부피, 길이 또는 다른 종류의 물리적 양을 정량화하는 것과 같은 방식으로 양을 설명할 수 있어야 합니다. 질량의 경우 "킬로그램" 또는 "그램" 단위를 사용할 수 있습니다.
온도의 경우 화씨 또는 섭씨를 사용할 수 있습니다. 다음은 전류, 전압 및 저항의 표준 측정 단위입니다.
각 양에 대해 주어진 "기호"는 대수 방정식에서 그 양을 나타내는 데 사용되는 표준 알파벳 문자입니다. 이와 같은 표준화된 문자는 물리학 및 공학 분야에서 일반적이며 국제적으로 인정됩니다.
각 수량에 대한 "단위 약어"는 특정 측정 단위에 대한 단축 표기법으로 사용되는 알파벳 기호를 나타냅니다. 그리고, 그렇습니다. 이상하게 생긴 "말굽" 기호는 그리스 대문자 Ω이며, 외국 알파벳의 문자일 뿐입니다(여기 있는 그리스 독자 여러분께 사과드립니다).
각 측정 단위는 유명한 전기 실험가의 이름을 따서 명명되었습니다. 암페어는 프랑스 인 앙드레 M. 암페어의 이름을 따서, 볼트는 이탈리아인 알레산드로 볼타의 이름을 따서, 옴은 독일인 게오르크 시몬 옴의 이름을 따서 명명되었습니다.
각 양에 대한 수학 기호도 의미가 있습니다. 저항을 나타내는 "R"과 전압을 나타내는 "V"는 모두 자명한 반면, 전류를 나타내는 "I"는 약간 이상해 보입니다. "I"는 "강도"(전하 흐름)를 나타내는 것으로 생각되고, 전압을 나타내는 다른 기호인 "E"는 "기전력"을 나타냅니다. 제가 조사한 바에 따르면 "I"의 의미에 대한 논란이 있는 듯합니다.
"E"와 "V" 기호는 대부분 서로 바꿔 쓸 수 있지만, 일부 텍스트에서는 "E"를 전원(예: 배터리나 발전기)의 전압을 나타내는 데 사용하고 "V"를 다른 것의 전압을 나타내는 데 사용합니다.
이러한 모든 기호는 양(특히 전압 또는 전류)이 짧은 시간(즉각적인 값이라고 함)으로 표현되는 경우를 제외하고는 대문자로 표현됩니다. 예를 들어, 장기간 안정적인 배터리의 전압은 대문자 "E"로 기호화되고, 번개가 전선에 닿는 순간의 전압 피크는 그 값이 시간의 한 순간임을 나타내기 위해 소문자 "e"(또는 소문자 "v")로 기호화될 가능성이 가장 높습니다.
이 동일한 소문자 규칙은 전류에도 적용되며, 소문자 "i"는 특정 시점의 전류를 나타냅니다. 그러나 대부분의 직류(DC) 측정은 시간이 지나도 안정적이므로 대문자로 표시됩니다.
쿨롱과 전하
전자 과정의 시작 부분에서 자주 가르치지만 그 이후로는 거의 사용되지 않는 전기 측정의 기본 단위 중 하나는 쿨롱 단위입니다 . 쿨롱은 불균형 상태의 전자 수에 비례하는 전하 측정 단위입니다. 1쿨롱의 전하는 6,250,000,000,000,000,000개의 전자와 같습니다.
전하량의 기호는 대문자 "Q"이고, 쿨롱의 단위는 대문자 "C"로 축약됩니다. 전류 흐름의 단위인 암페어는 1초 동안 회로의 주어진 지점을 통과하는 1쿨롱의 전하와 같습니다. 이러한 용어로 표현하면 전류는 도체를 통과하는 전하의 이동 속도 입니다.
앞서 언급했듯이 전압은 한 지점에서 다른 지점으로 전류 흐름을 유도하는 데 사용할 수 있는 단위 전하당 잠재 에너지 의 측정값입니다 . "볼트"가 무엇인지 정확히 정의하기 전에 "잠재 에너지"라고 하는 이 양을 측정하는 방법을 이해해야 합니다. 모든 종류의 에너지에 대한 일반적인 미터법 단위는 줄(joule)로 , 1뉴턴의 힘이 1미터(같은 방향)의 운동을 통해 가해졌을 때 수행되는 일의 양과 같습니다.
영국식 단위로는 1피트 거리에 가해진 3/4파운드의 힘보다 약간 적습니다. 일반적으로 말하면, 3/4파운드 무게를 땅에서 1피트 들어 올리거나 3/4파운드의 평행한 당기는 힘을 사용하여 1피트 거리를 끌려면 약 1줄의 에너지가 필요합니다. 이러한 과학적 용어로 정의하면, 1볼트는 1쿨롱의 전하당(나누기) 1줄의 전기적 위치 에너지와 같습니다. 따라서 9볼트 배터리는 회로를 통해 이동한 모든 쿨롱의 전하당 9줄의 에너지를 방출합니다.
전기량을 나타내는 이러한 단위와 기호는 회로에서 이들 간의 관계를 탐구하기 시작하면서 매우 중요해질 것입니다.
옴의 법칙 방정식
옴의 주요 발견은 회로의 금속 도체를 통과하는 전류의 양이 주어진 온도에 대해 그 도체에 인가된 전압에 정비례한다는 것입니다. 옴은 전압, 전류, 저항이 어떻게 상호 연관되는지 설명하는 간단한 방정식의 형태로 자신의 발견을 표현했습니다.
이 대수식에서 전압(E)은 전류(I)에 저항(R)을 곱한 것과 같습니다. 대수 기법을 사용하면 이 방정식을 두 가지 변형으로 조작하여 각각 I와 R을 풀 수 있습니다.
옴의 법칙을 이용한 간단한 회로 분석
이러한 방정식이 간단한 회로를 분석하는 데 어떻게 도움이 되는지 살펴보겠습니다.
위의 회로에서는 전압의 소스가 하나(왼쪽의 배터리)이고 전류에 대한 저항의 소스도 하나(오른쪽의 램프)입니다. 이렇게 하면 옴의 법칙을 적용하기가 매우 쉽습니다. 이 회로에서 세 가지 양(전압, 전류, 저항) 중 두 가지 값을 알고 있다면 옴의 법칙을 사용하여 세 번째 값을 결정할 수 있습니다.
첫 번째 예에서 우리는 전압(E)과 저항(R) 값이 주어졌을 때 회로의 전류(I) 양을 계산할 것입니다.
이 회로의 전류(I)는 얼마입니까?
두 번째 예에서는 전압(E)과 전류(I) 값이 주어졌을 때 회로의 저항(R) 양을 계산합니다.
램프가 제공하는 저항(R)의 양은 얼마입니까?
마지막 예에서 우리는 전류(I)와 저항(R) 값을 고려하여 배터리가 공급하는 전압의 양을 계산할 것입니다.
배터리가 제공하는 전압은 얼마입니까?
옴의 법칙 삼각형 기술
옴의 법칙은 전기 회로를 분석하는 데 매우 간단하고 유용한 도구입니다. 전기 및 전자공학을 공부하는 데 너무 자주 사용되기 때문에 진지한 학생은 반드시 기억해야 합니다. 아직 대수에 익숙하지 않은 사람들을 위해 다른 두 가지가 주어졌을 때 어떤 한 가지 양을 어떻게 풀어야 하는지 기억하는 요령이 있습니다.
먼저, E, I, R 문자를 삼각형 모양으로 배열하세요.
E와 I를 알고 R을 결정하고 싶다면 그림에서 R을 제거하고 무엇이 남는지 살펴보세요.
E와 R을 알고 있고 I를 결정하려면 I를 제거하고 남은 것이 무엇인지 확인하십시오.
마지막으로, I와 R을 알고 있고 E를 결정하려면 E를 제거하고 남은 것이 무엇인지 확인하십시오.
결국 전기와 전자를 진지하게 공부하려면 대수에 익숙해져야 하지만, 이 팁은 첫 번째 계산을 기억하기 쉽게 만들어 줄 수 있습니다. 대수에 익숙하다면 E=IR을 암기하고 필요할 때 다른 두 공식을 유도하기만 하면 됩니다!
검토:
- 전압은 볼트 로 측정되며 , 기호는 "E" 또는 "V"입니다.
- 전류는 암페어 로 측정되며 , 기호는 "I"입니다.
- 저항은 옴 단위 로 측정되며 문자 "R"로 표시됩니다.
- 옴의 법칙: E = IR ; I = E/R ; R = E/I