지금까지 우리는 완전한 회로가 형성되는 한, 구성 요소 간의 연결 와이어에 관계없이 단일 배터리, 단일 저항 회로를 분석해 왔습니다. 와이어 길이 또는 회로 "모양"이 계산에 중요할까요? 몇 가지 회로도를 살펴보고 다음을 알아봅시다.
전기 회로에서 지점을 연결하는 전선을 그릴 때, 우리는 일반적으로 그 전선이 무시할 수 있는 저항을 가지고 있다고 가정합니다. 그러므로 그들은 회로의 전체 저항에 상당한 영향을 미치지 않으므로, 우리가 다루어야 할 유일한 저항은 구성 요소의 저항입니다. 위의 회로에서 유일한 저항은 5Ω 저항기에서 나오므로, 그것이 우리가 계산에서 고려할 전부입니다.
실제로 금속선은 실제로 저항이 있습니다 (전원도 마찬가지입니다!). 하지만 이러한 저항은 일반적으로 다른 회로 구성 요소에 존재하는 저항보다 훨씬 작아서 안전하게 무시할 수 있습니다. 이 규칙의 예외는 전력 시스템 배선에 존재하며, 매우 작은 양의 도체 저항조차도 정상적인(높은) 전류 수준에서 상당한 전압 강하를 일으킬 수 있습니다.
회로의 전기적 공통점
연결 와이어 저항이 매우 작거나 없다면 , 회로의 연결된 지점을 전기적으로 공통된 것으로 간주할 수 있습니다 . 즉, 위 회로의 지점 1과 2는 물리적으로 가까이 또는 멀리 연결될 수 있으며, 해당 지점과 관련된 전압 또는 저항 측정에는 문제가 없습니다.
3번과 4번에도 마찬가지입니다. 옴의 법칙 계산과 전압 측정에 있어서는 저항기의 끝이 배터리 단자에 직접 연결된 것과 같습니다.
이것은 알아두면 유용한데, 회로도를 다시 그리거나 회로를 다시 배선하여 회로의 기능에 큰 영향을 미치지 않고 원하는 대로 전선을 줄이거나 늘릴 수 있기 때문입니다. 중요한 것은 구성 요소가 동일한 순서로 서로 연결된다는 것입니다.
또한 이는 "전기적으로 공통된" 지점 세트 간의 전압 측정값이 동일하다는 것을 의미합니다. 즉, 지점 1과 4(배터리를 가로지르는) 간의 전압은 지점 2와 3(저항을 가로지르는) 간의 전압과 동일합니다. 다음 회로를 자세히 살펴보고 어떤 지점이 서로 공통인지 파악해 보세요.
여기서는 전선을 제외한 두 가지 구성 요소만 있습니다. 배터리와 저항기입니다. 연결 전선은 완전한 회로를 형성하는 데 복잡한 경로를 거치지만 전류 경로에는 여러 전기적으로 공통된 지점이 있습니다. 지점 1, 2, 3은 모두 전선으로 직접 연결되어 있기 때문에 서로 공통적입니다. 지점 4, 5, 6도 마찬가지입니다.
1과 6 사이의 전압은 배터리에서 직접 나오는 10볼트입니다. 그러나 5와 4 지점은 6과 공통이고 2와 3 지점은 1과 공통이므로 동일한 10볼트가 다른 두 지점 사이에도 존재합니다.
1번과 4번 사이 = 10볼트
2번과 4번 사이 = 10볼트
3번과 4번 지점 사이 = 10볼트(저항기 바로 옆)
1번과 5번 사이 = 10볼트 2번과 5번 사이 = 10볼트
3번과 5번 지점 사이 = 10볼트 1번과 6번 지점 사이 = 10볼트(배터리를 가로질러 직접)
2번과 6번 사이 = 10볼트 3번과 6번 사이 = 10볼트
전기적으로 공통된 지점은 (제로 저항) 전선으로 연결되므로, 연결 전선을 통해 하나에서 다른 하나로 흐르는 전류량에 관계없이 두 지점 사이에 상당한 전압 강하가 없습니다. 따라서 공통 지점 사이의 전압을 읽으려면 (실질적으로) 0을 표시해야 합니다.
1번과 2번 사이 = 0볼트
1, 2, 3점은 2점과 3점 사이 = 0볼트 전기적으로 공통입니다.
1과 3 사이 = 0볼트
4번과 5번 사이 = 0볼트
4, 5, 6점은 5점과 6점 사이 = 0볼트 전기적으로 공통입니다.
4번과 6번 사이 = 0볼트
옴의 법칙을 이용한 전압 강하 계산
이는 수학적으로도 말이 됩니다. 10볼트 배터리와 5Ω 저항을 사용하면 회로 전류는 2암페어가 됩니다. 와이어 저항이 0이면, 모든 연속 와이어의 전압 강하는 옴의 법칙을 통해 다음과 같이 결정될 수 있습니다.
저항이 0이라고 가정한 회로에서 끊어지지 않은 모든 전선에 걸리는 전압 강하는 전류의 크기에 관계없이 항상 0이 됩니다. 0을 무엇이든 곱하면 0이 되기 때문입니다.
회로의 공통 지점은 동일한 상대 전압 및 저항 측정값을 나타내므로 공통 지점을 연결하는 와이어는 종종 동일한 명칭으로 표시됩니다. 이는 단자 연결 지점이 동일하게 표시된다는 것을 의미하지 않으며, 연결 와이어만 동일하게 표시됩니다. 다음 회로를 예로 들어 보겠습니다.
1, 2, 3 지점은 모두 서로 공통이므로 1 지점에서 2 지점을 연결하는 와이어는 2 지점에서 3 지점을 연결하는 와이어(와이어 2)와 동일한 라벨이 지정됩니다. 실제 회로에서 1 지점에서 2 지점으로 뻗어 있는 와이어는 2 지점에서 3 지점을 연결하는 와이어와 색상이나 크기가 다를 수 있지만 정확히 동일한 라벨이 지정되어야 합니다. 6, 5, 4 지점을 연결하는 와이어도 마찬가지입니다.
전압 강하는 공통점에서 0이어야 합니다.
전기적으로 공통된 지점 사이에 전압 강하가 없다는 것을 아는 것은 귀중한 문제 해결 원칙입니다. 서로 공통되어야 하는 회로의 지점 사이의 전압을 측정하면 0으로 표시되어야 합니다.
그러나 두 지점 사이에 상당한 전압이 있다고 읽으면, 두 지점이 직접 연결될 수 없다는 것을 확실히 압니다. 두 지점이 전기적으로 공통되어야 하지만 그렇지 않은 것으로 기록되면 , 두 지점 사이에 "개방 고장"이 있다는 것을 압니다.
0전압은 기술적으로 무시할 수 있는 전압을 의미합니다.
마지막으로, 대부분의 실용적인 목적을 위해 와이어 도체는 끝에서 끝까지 저항이 없다고 가정할 수 있습니다. 그러나 실제로는 초전도 와이어가 아닌 한 와이어 길이를 따라 항상 약간의 저항이 발생합니다. 이를 알고 있다면, 여기서 전기적 공통점에 대해 배운 원리는 모두 상당 부분 타당하지만 절대적인 정도 는 아니라는 점을 명심해야 합니다 .
즉, 전기적으로 공통된 지점은 그 사이에 전압이 0이 되도록 보장된다는 규칙은 더 정확하게는 다음과 같이 표현됩니다. 전기적으로 공통된 지점은 그 사이에 전압 강하가 거의 없습니다 . 연결 와이어의 모든 부분에서 발견되는 작고 사실상 피할 수 없는 저항 흔적은 전류가 흐르면서 그 길이에 걸쳐 작은 전압을 생성하게 됩니다.
이러한 규칙이 이상적인 조건 에 기반을 두고 있다는 것을 이해한다면 , 규칙의 예외처럼 보이는 조건에 부딪혀도 당황하지 않을 것입니다.
검토:
- 달리 명시하지 않는 한 회로의 연결선은 저항이 0이라고 가정합니다.
- 회로의 기능에 영향을 주지 않고도 회로의 전선을 짧게 하거나 길게 할 수 있습니다. 중요한 것은 구성 요소를 동일한 순서로 서로 연결한다는 것입니다.
- 저항이 없는 회로에서 직접 연결된 지점(전선)은 전기적으로 공통된 것으로 간주됩니다 .
- 저항이 0인 전기적으로 공통된 지점은 전류의 크기에 관계없이 전압 강하가 0입니다(이상적으로).
- 전기적으로 공통점을 가진 세트 사이에서 참조되는 전압 또는 저항 판독값은 동일합니다.
- 이러한 규칙은 연결 와이어가 절대적으로 0 저항을 가지고 있다고 가정하는 이상적인 조건 에 적용됩니다 . 실제 생활에서는 그렇지 않을 가능성이 높지만 와이어 저항은 여기에 명시된 일반 원칙이 여전히 유지되도록 충분히 낮아야 합니다.