저항의 직렬연결과 병렬연결 (Series and Parallel)

전압, 전류, 저항의 관계

저항이 일정하다면 전기 회로에 흐르는 전류의 세기는 전압이 클수록 크게 됩니다. 즉 일정한 저항 아래에서 전류의 세기는 전압에 비례합니다. 그리고, 전압이 일정하다면 회로에 흐르는 전류의 세기는 저항이 클수록 작아지게 되는데요, 다시 말해서 일정한 전압 하에서 전류의 세기는 저항에 반비례를 합니다. 여기서 옴의 법칙이 성립하는데요, 전류의 세기를 I, 전압을 V, 그리고 저항을 R이라고 할 때 아래와 같이 옴의 법칙을 정리할 수 있습니다.

 

I = R / V

V = IR

R = V / I

 

저항의 직렬연결과 병렬연결

전기 회로에서 전구와 같이 에너지를 소모하는 것은 저항으로 역할을 합니다. 에너지를 소모하는 과정이 그 자체로 전류의 흐름을 방해하는 것이기 때문으로 이해를 하면 간편할 것 같은데요, 저항의 직렬연결과 병렬연결을 이미지로 나타내면 아래와 같습니다.

 

저항의 직렬 연결(좌)과 병렬 연결(우)

 

위의 이미지에서 보듯이 여러 개의 저항을 한 줄로 연결하면 직렬연결이고 저항의 양 끝을 나란히 서로 다른 선으로 연결하면 병렬연결이 됩니다.

 

저항의 직렬연결 (Resistors conneced in Series)

저항을 직렬로 연결하게 되면 각 저항에 흐르는 전류의 세기가 전체 전류의 세기와 같게 됩니다. 다시 말해서 회로에 흘러들어 가는 전류와 회로에서 흘러나오는 전류가 같다는 뜻입니다.

 

전류 I = I1 = I2 = I3 = I4

 

그리고 각 저항에 걸리는 전압이 저항의 크기에 비례하게 되는데요, 저항이 크다면 더 큰 전압이 걸리게 되는 것입니다.

 

V1 = IR1, V2 = IR2

 

저항을 직렬로 연결한 것은 저항의 길이가 길어지는 것과 같은 효과로 전체 저항이 증가하게 됩니다. 이전의 포스팅에서 저항이라는 것은 전자가 원자와 충돌하는 정도라고 개념을 정리한 바 있는데요, 저항을 직렬로 연결하였을 때 전자가 원자와 충돌하는 정도가 커지는 것으로 이해를 하면 됩니다.

2023.12.11 - [과학] - 저항의 기초 개념 (Electrical Resistance)

저항의 기초 개념 (Electrical Resistance)

 

여기서 저항이 하나라도 끊어지게 되면 전기 회로 전체에 전류가 흐르지 않게 됩니다. 직렬로 연결된 전구에 걸린 전압의 합은 전지의 전압과 같게 되고 한 전구의 연결이 끊어지게 되면 나머지 전구의 연결 역시 끊어지게 되므로 전구에 불이 켜지지 않게 되는 겁니다.

 

저항의 병렬연결 (Resistors connected in Parallel)

저항을 병렬로 연결하면 개개의 저항에 흐르는 전류의 세기가 저항의 크기에 반비례하고 이때 전체 전류는 전기 회로의 각 부분에 흐르는 전류의 합과 같게 됩니다. 저항이 R1과 R2 두 개라면 아래와 같이 됩니다.

 

I1 = V / R1, I2 = V / R2

I = I1 + I2

 

그리고, 각 저항에 걸리는 전압의 크기가 같게 되는데 저항을 병렬로 연결하게 되면 각 저항의 양 끝이 같은 지점과 연결되어 있기 때문입니다.

 

V = V1 = V2

 

저항을 병렬로 연결하게 되면 도선을 떠올려 보았을 때 저항의 굵기가 굵어지는 것, 즉 다시 말해서 단면의 넓이가 넓어지는 효과와 동일한 것이기 때문에 전체 저항은 감소하게 됩니다. 여기서 직렬연결과 다르게 저항 중 하나가 연결이 끊어지게 되더라도 다른 저항에는 전류가 계속 흐르게 되며 다른 저항을 전기 회로에 추가하더라도 개별 저항에 흐르는 전류의 세기는 변하지 않습니다.