[전기] 전류, 전압, 저항

전기회로

전원과 부하 등이 도선으로 접속되어 전기적인 현상을나타내도록 한 상태를 말한다.

 

(1)전원(power supply) : 전기적인 에너지를 공급하는 장치

발전기 : 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전원장치

전지 : 화학 변화에 의하여 전기 에너지를 발생하는 전원장치

태양 전지 : 빛의 에너지로부터 전기 에너지를 발생하는 전원장치

열전쌍 : 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 전원장치

 

(2)부하

전기적인 에너지를 다른 에너지로 변환 소비하는 장치

실생활이나 산업 현장에 쓰이는 모든 전기 장치 및 기계와 기구

 

전류

elecric current 전하의 이동

전자의 흐름 : 음에서 양으로 이동

전류의 흐름 : 양에서 음으로 흐른다

전류 : 어떤 단면을 t[sec]동안에 Q[C]의 전하가 이동할 때 통과하는 전하의 양으로 정의

기호는 I로 나타내며 단위는 암페어(ampere, 기호[A])

전류의 SI단위는 암페어이고 기호는 A로 표기 1암페어는 1초에 1쿨롱의 전하가 흐른 것을 뜻함

전압

(1)전위차 또는 전압

전압(전위차) : 전하를 흐르게 하는 전기적인 에너지의 차이, 전기적인 압력 차이, 볼트(volt, 기호[V])

전류는 전위가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐르고, 전류의 세기는 전위차, 즉 전압에 비례

Q[C]의 전하가 어느 두 점 사이를 이동해서 W[J]의 일을 하고, 이 때 그 두 점 사이에V[V]의 전위차가 생겼다면, 이들 사이에는 다음과 같은 관계 성립

전압의 단위 볼트는 줄을 쿨롱으로 나눈 값

(2)기전력

emf : electromtive force  전지와 같이 전위차를 만들어 주는 힘

 

저항

전기 저항 electric resistance 전류의 흐름을 방해하는 성질을 가지는 소자

(1)저항의 종류

절연저항 : 가압전압/누설전류 로 크기가 클수록 좋음

접촉저항 : 두 도체의 접촉면에 생기는 저항으로 작을수록 좋음

고유저항 : 물체가 가진 단위길이(m)에 대한 단위면적(제곱미리미터)의 저항

(2)저항률

저항의 기호는 R, 단위는 옴(ohm, 기호[Ω]으로 나타낸다. 저항이 크다는 것은 전류가 흐르기 힘들다는 것을 의미한다. 도체의 길이가 1[m]이고, 단면적이 A[제곱미터]일 때 도체의 저항 R[Ω]은 관계를 형성한다.

어떤 물질의 비저항을p, 길이를 L, 단면적을 A라고 할때 저항 R크기는 다음과 같은 관계

여기서, 비례상수 p는 저항률또는 고유 저항이라하며 단위는 [Ω•m]를 사용

<도체 저항의 단면적과 길이 관계, 길이가 같다면 단면적이 좁을 수록 저항은 커지고, 단면적이 같다면 길이가 길수록 저항은 커짐>

 

(3)전도율과 퍼센트 전도율

저항의 역수(1/R)를 컨덕턴스(cinductance)라 하고, 기호로는 G로 나타내며, 단위는 모(mho, [Ʊ} 또는 지멘스(siemens, 기호[S])를 사용

그리고, 도체에서 전류를 통하기 쉬운 정도로 나타내는 저항률의 역수(1/ρ)를 도전율 또는 전도율(conduvtivity)이라 하고, 기호는 σ, 단위는 [Ʊ/m]를 사용한다. 컨덕턴스 G가 클수록 전류가 흐르기 쉽다.

도선의 전도율을 국제 표준 연동의 전도율 σS=1/1.7241X1/1000000000[Ʊ/m]를 100[%]로 하고 이것과 비교해서 퍼센트[%]값으로 나타내는데 이를 퍼센트 전도율(percentage conductivity)이라한다. 국제 표준 연동의 고유 저항을 ρs, 전도율은 σS,임의의 도선의 고유 저항을 ρ,전도율을 σ라 하면 퍼센트 전도율을 다음과 같이 나타낼 수 있다.

퍼센트 전도율 =

물질	고유저항 [μΩ•m]	퍼센트(%) 전도율	온도 계수
순동	1.7241	100	0.00393
경동선	1.7774	97	0.00381
순 알루미늄	2.75	62.7	0.0042
순 니켈	7.24	23.8	0.00054
은	1.62	106	0.00405
니크롬 1선	109.0	1.57	0.00019
니크롬 2선	112.0	1.54	0.000172
철	9.8	17.6	0.005
백금	10.6	16.3	0.00385

표, 여러 가지 물질의 고유저항, 퍼센트 전도율, 온도계수(기준온되20도씨)

 

(4)저항의 온도계수

온도에 따라 물질의 저항은 변화하며, 저항의 변화하는 상태는 물질에 따라 다르다. 저항의 온도가 1[ °C]올라갈 때 원래의 저항값에 대한 저항의 증가 비율을 저항의 온도 계수(temperature)라고 한다.

지금 온도상승 전의 저항값을 R0라 하고, t[ °C]에서의 저항값을 Rt라 할 때, 온도가 1[ °C]높아지면R0의 a0배,t[ °C]높아지면 그의 t배가 되므로 a0tR0만큼 커져서 도전의 저항Rt는 다음과 같은 관계가 성립한다.

Rt= R0+a0tR0=R0(1+a0t)

여기서, a0는 온도 계수로서 국제 표준 연동에서는 1/234.5(=0.00472)이다. 일반적으로 금속 도체에서는 a0는 0보다 크므로 온도가 올라가면 저항은 증가한다. 그러나 탄소, 전해액, 반도체 등에서는 0보다 적으므로 온도가 높아지면 저항은 감소한다. 이것은 부(-)저항 온도계수라고 한다.