전류와 전압에 대한 기초

전류 (Electric current)

 

전류의 정의

전류라는 것은 기본적으로 전하의 흐름을 말하는 것으로, 전기 회로에서 전자가 이동함으로써 발생하는 것입니다. 여기서 중요한 것은 전류의 흐름은 전자의 이동이라는 것이며, 전자의 이동 방향과 전류의 방향은 반대가 된다는 것인데요, 정리하면 아래와 같습니다.

전자의 이동 방향	전지의 (-) 극에서 (+) 극으로 이동
전류의 방향	전지의 (+) 극에서 (-) 극으로 흐름

 

이렇게 서로 반대의 방향으로 정의가 된 이유는 전자가 발견되기 전에 전류의 방향은 양전하가 이동하는 것으로 과학자들이 생각했기 때문에 전류의 방향이 (+) 극에서 (-) 극으로 흐르는 것으로 정의가 되었기 때문입니다. 이후에 전류라는 것이 (-) 전하를 가지는 전자의 이동이라는 것이 밝혀지게 된 것이고요. 전류가 흐르는 방향을 다시 수정하는 것은 혼돈을 불러일으킬 수 있기 때문에 최초의 정의대로 사용하게 된 것입니다.

 

전류의 세기

전류는 전류계를 전기회로에 직렬로 연결하여 측정할 수 있는데요, 전류의 세기는 전기 회로 상에 전류가 흐르는 도선의 단면을 1초 동안 통과한 전하의 양으로 정의됩니다. 단위로는 A(암페어)를 사용하고, 따라서 자주 사용하는 단위인 mA는 1A = 1000mA의 관계가 성립하겠죠. 여기서 1A는 도선의 한 단면을 1초동안 6.25 x 10^(18)개의 전자가 지나갈 때의 전류 세기로 정의합니다. 여기서 6.25 x 10^(18)이라는 숫자는 쿨롱(C)으로 표현되고요.

전자의 이동 방향과 전류가 흐르는 방향은 서로 반대이다.

 

 

전압 (Voltage)

 

전압이라는 것은 전기 회로에서 전류를 흐르게 하는 능력을 뜻합니다. 전류의 정의를 생각해 볼 때, 전하를 이동시킬 수 있는 능력이라고 할 수 있겠지요. 여기서 전위라는 개념을 이해하여야 하는데, 전위(electric potential)는 전기적 위치에너지를 의미합니다. 그리고, 전위차가 있을 때 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 전류가 흐르게 됩니다. 다시 말해서 전기적 위치 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 전류가 흐르는 것입니다. 여기서, 이 전위의 차이, 즉 전위차를 전압이라고 합니다. 아래의 이미지를 보면 좀 더 쉽게 이해가 가능한데요, 물이 흐르는 것과 비교를 해본다면 전압에 의해 전류가 흐르는 것은 수압에 의해 물이 흐르는 것으로 비유할 수 있습니다.

수압에 의해 물이 흐르듯이 전압은 전류를 흐르게 하는 능력, 이미지 출처: theengineeringmindset.com

 

위의 이미지에서 수압이 있기 때문에 물이 흐를 수가 있는데요, 밸브를 잠가서 물이 흐르지 않게 하더라도 수압은 작용하고 있습니다. 따라서, 전류가 흐르지 않더라도 전압은 있을 수가 있는 것이죠. 그리고, 수압이 강하면 물이 강하게 많이 흐르고, 수압이 약하면 상대적으로 물이 약하게, 적게 흐르는 것처럼 전압이 높으면 전류가 많이 흐르고 전압이 낮으면 전류가 적게 흐르게 됩니다. 전압계를 전기회로에 병렬로 연결하여 측정하며 단위는 볼트(V)를 사용합니다.

 

쿨롱(C)의 개념과 단위 변환에 대한 내용은 아래 내용을 읽어보시면 추가적으로 쉽게 이해하는데 도움이 될 수 있습니다.

 

2024.04.11 - [과학] - 쿨롱(C) 단위 변환

쿨롱(C) 단위 변환