초보가 설명하는 전압과 전류
공지 : 이 글은 e-book "왕초보지침서 - 전기쟁이"의 내용입니다.
e-book을 판매중지하고 블로그에 그 내용을 순차적으로 공개할 예정입니다.
전압과 전류
알기쉽게...... 누군가에게 그것도 왕초보를 기준으로......
한번 알아 보도록 하자 전압과 전류를 물에 비유해서 설명해 보겠다.
물에대한 이해는 모두들 어느정도 가지고 있고 전기와 비유하기도 편한 점이 있기 때문이다.
자 여기에 똑같은 크기에 수조 2개가 있다.
하나는 h1까지 물이 차있고 하나는 h2까지 물이 차 있다.
밑에 설치된 수도 꼭지는 똑같은 구경이다.
이 때 수도꼭지를 동시에 열때 어느쪽의 수압이 더 클까?
당연히 A수조의 수압이 더 클것이다.
수위 h1이 h2보다 높기 때문이다.
그럼 이런 가정을 해보자
A 수도꼭지에서는 초당 100L의 물이 나온다.
그리고
B수도꼭지에서는 초당 50L의 물이 나온다.
자 이제 이 나온물로 아래에 있는 물레방아를 돌려 보겠다.
물레방아를 돌릴려면 에너지가 필요할 것이고
그 에너지는 무게와 높이의 곱에 비례 할것이다.
(높이는 수압, 즉 속도에도 비례 할것임으로)
자 100L 의 물은 비중이 1000 이기 때문에 100kg 이다.
*** 정확한 에너지양 공식에선 9.8의 중력가속도 계수를 곱하지만 생략하고 간단히 생각해 보자.
**** 비중이란 그 물체 1 가 몇 kg이냐라는 의미로 물 1는 1000kg 으로 물의 비중은 1000 이다.
밧데리 관리를 해본 경험이 있다면 용액 비중이 1260 인것을 보았을 것인데
그것은 그 액체 1 가 1260kg 이라는 뜻입니다.
즉 100 L/S 로 나오는 A수도의 에너지는
100KG * h1(물의 속도는 h1 에 비례하므로) 에 비례 하겠다.
다시말해
A 물레방아를 돌리는 에너지는 = 100*h1*K 이고
B 물레방아를 돌리는 에너지는 = 50*h2*K 일것이다.
*** K는 중간중간 비례하므로 생략한 상수들을 표현한 것임.
그럼 다른 그림을 보자
똑같은 크기의 수조 A와 C에는 똑같은 양의 물이 들어 있다.
A의 수도를 틀었을때 와 C의 2번 수도를 틀었을 때 초당 같은 양의 물이 나올까?
당연히 A가 더 많을 것이다.
수위는 똑같지만 C수조는 2번 수도부터 수위 꼭대기까지가 수압에 영향을 미치는 수위이기 때문이다.
이제 전압과 전류를 생각해 보자.
수도꼭지에서 물이 나오는 것과 그 양을 결정하는 것은 수위차이다.
전기에서 수위차는 전위차와 같다.
전압의 차이가 그림에서의 수위차가 되는 것이다.
수조 바닥을 0V 라고 본다면 그 차가 수위차이고 전위차 인 것이다.
50V 위치에 수도꼭지가 있기에 수조의 전위차가 발생시키는
전류는 100V - 50V 해서 50V만 영향을 미치는 것이다.
자 그러면 이 전위, 전압이 발생시키는 전류에 대해 생각해 보자.
전류의 단위는 A [암페어]이다.
암페어란 이름의 사람이 전류를 정의해서 단위가 A 암페어가 된 것이다.
실제 단위는 C/S[쿨롱 퍼 세크] 이다.
* C [쿨롱] 은 전하량의 단위임.
즉 초당 몇개의 전하를 보냈느냐는 의미이다.
전압이 세고 강할수록 많은 전하를 보낼수 있다는 것으로 이해 하면 되겠다.
(그래서 앞에 물 설명시 L/S 로 설명했던 것이다.)
자 그러면 이 전압과 전류를 가지고 일을 해보자.
우리가 사용하는 전력은 즉 전기가 하는 일이다.
전력 P의 단위가 W[와트] 라서 쉽게 이해가 안되는 것이다.
이 W도 와트라는 사람이 정의하면서 된것이지 실제 단위는 J/S[줄퍼세크] 이다.
* 줄은 일의 단위. 쉽게 우리가 일상에서 쓰는 Cal [칼로리] 로 환산할시 는 0.24를 곱하면 됨.
즉 P [J/S] = V[V] * I[C/S] 가 되는 것이다.
같은양의 전하가 초당 튀어나와도 얼마나 빠르게 나오느냐로
일을 얼마나 더하고 덜하느냐의 의미로 이해하면 되겠다.
이제 정리해보면 전류를 발생시킬수 있는것은 전압, 즉 전위차이며
그 전위차는 기준전위가 어디냐가 결정하며 전류는 초당 전하량이 얼마나 이동하냐 이며
이 전류와 전압의 곱으로 전기가 한일, 전력이 결정되는 것이다.
그림과 같이 1.5V 건전지 세개를 직렬로 연결했을 때
A의 지점간 전위는 4.5V 이고 B지점은 3V 인 것이다.
C표시는 기준 전위를 나타내는 것으로 회로이론을 공부할때 기준전위 를 잡는 표시로 많이 볼수 있다.
여기서 한가지 생각을 해보자.
“우리는 22.9KV를 받아 380V로 변환해서 쓰는데......”
“그럼 22.9KV 때 초당 전하량 즉 전류가 엄청날텐데? ”
우리 수용가에서 한전에 100KW의 전력을 매일 매일 사서 쓴다고 생각해보자
100KW 의 일을 한전에서 보내줄때는
22900V * 작은전류로 보내주고
우리는 380V*높은전류로 바꿔서 쓰는 것이지
100KW 라는 전기가 할 수 있는 일의 양은 똑같은 것이다.
그 이유는 높은 전압을 전기제품에 쓴다면 그 전압을 버티도록 제품도
더 견고하고 안전하게 만들어야 될 뿐 아니라
한전에서 송전및 배전선으로 전선을 통해 보내줄때
전선에서 일어나는 손실은 전류의 제곱에
비례하여 커지기 때문에
적은 전류로 보낼수록 유리 하기 때문이다.
그래서 한전에서는 22.9에서 154KV 로 또 345KV로
요즘엔 765KV까지 승압해서 전류를 줄이는 것이다.
그럼 처음 수조로 생각해 보자.
수조에 물이 h1만큼 차있고 수도꼭지를 틀지 않았다면 전류는 0이지만
그 전압은 항상 그 압의 힘으로 수조 곳곳을 밀고 있을 것이다.
이게 우리가 플러그를 꼽지 않은 콘센트라고 생각하면 된다.
이때 사람이 그 수조 일부에 구멍을 낸다면
그 구멍에서 수위의 꼭대기에 이르는 수위에 의해 비례한수압으로 물이 나올것이며
또 0전위의 땅을 디디고 있는 사람이 220V 전위인 콘센트에
손을 댄다면 0과 100사이에 전압이 흐를수 있는
수도꼭지가 열린 것이고 사람을 통해 전류가 흘러 감전 사고가 나는 것이다.
다음 그림을 보자.
피복이 없는 고압 전선에 새가 앉아 있다.
그런데 새는 왜 감전이 되지 않을까?
그 이유가 바로 전위차이다.
새의 왼발의 전압은 22900V 이고 새의 오른발의 전압도 22900V 이다.
그럼 두발사이의 전위차는 몇일까?
바로 0 이다.
그렇기 때문에 실제 전위차 0V 즉 전류가 흐르지 않으며 새도 감전되지
않는 것이다.
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