저항의 기초 개념 (Electrical Resistance)

저항에 대한 기초 개념을 읽기 전에 이에 대해 정확하게 이해하기 위해서는 전류와 전압에 대해 먼저 알아야 하므로 아래 링크를 참조하시기 바라며, 이를 바탕으로 저항의 개념에 대해 정리를 해보겠습니다.

2023.11.29 - [과학] - 전류와 전압에 대한 기초

전류와 전압에 대한 기초

 

전기 저항

전류의 정의에 따라 전류가 흐를 때 도선의 내부에서는 전자가 이동을 하고 있는데 이때 전자들은 원자와 충돌을 하게 됩니다. 이것이 바로 저항이 발생하는 까닭인데요, 전기 저항은 물체에 전류가 흐를 때 전류의 흐름이 얼마나 방해를 받고 있는지 나타내는 것으로 단위는 Ω(옴)을 사용합니다. 전자가 이동할 때 원자와 많이 충돌을 한다면 전기 저항이 크다고 생각을 하면 됩니다.

 

전기 저항에 영향을 미치는 요인

전기 저항에 영향을 미치는 요인으로 첫 번째로는 물질의 종류를 들 수 있습니다. 물질마다 원자의 배열에 차이가 있기 때문에 물질마다 원자와 충돌하는 정도가 다르게 되는 것이지요. 이 말은 다시 말해서 전기 저항은 물질마다 다르다는 뜻이 됩니다. 그리고, 이에 따라 도체와 절연체는 전류가 잘 흐르는지, 잘 흐르지 않는지로 물질을 구분한 것입니다.

 

• 도체(conductor) : 전기 저항이 작아서 전류가 잘 흐르는 물질을 말합니다. 일반적으로 금, 은, 구리, 철 등의 금속이 여기에 해당이 되며 흑연은 금속이 아니지만 전류가 흐르는 물질입니다.
• 절연체(부도체, insulator) : 전기 저항이 크기 때문에 전류가 잘 흐르지 않는 물질을 말하며, 유리, 플라스틱, 종이 등이 절연체에 해당합니다.

 

전기 저항에 영향을 미치는 요인의 두 번째로 단면적이 동일한 도선이 있을 때 길이가 길다면 원자에 더욱 많이 충돌하게 되므로 전기 저항이 크게 되겠죠. 반대로 도선의 길이가 같을 때 단면적이 크게 되면 전자가 도선의 단면을 통과하기가 수월해지므로 전기 저항이 작게 됩니다. 즉, 전기 저항은 전류가 흐르는 도선의 길이에 비례하고 단면적에는 반비례합니다.

 

전기 저항 ∝ 도선의 길이 / 도선의 단면적

 

쉽게 풀어서 다시 써보면, 단면적이 같고 길이가 두 배라면 전기저항은 두 배가 됩니다. 길이가 같고 단면적이 2배라면 전기저항은 1/2배, 즉 절반이 됩니다.

 

도선을 잡아당겨 늘일 때 전기 저항 계산 예

만약에 어떠한 도선을 길이 방향으로 균일하게 잡아당겨 고르게 늘린다고 가정을 하였을 때 저항이 어떻게 변화되는지 확인해 보겠습니다. 길이를 두 배 늘리게 되면 부피는 동일하므로 단면적은 절반, 즉 1/2이 됩니다.

 

도선의 길이를 고르게 두배로 늘린 경우 단면적은 절반이 된다.

 

이 경우에 도선의 길이는 2배가 되고 단면적은 1/2이 되므로 전기 저항은 길이에 비례, 단면적에 반비례하는 관계에 적용시켜 보면 2/(1/2)이 되므로 전기 저항이 4배가 됩니다.