전기가 흐르는 이유 - 전압 / 전류 / 저항

전기가 흐르는 이유는 전압 전류 저항이 있기 때문입니다. 여기서는 전압 전류 저항에 대해서 알아볼거에요.

 

전압은 힘, 전류는 흐름, 저항은 방해 라고 이해하시면 됩니다.

 

이 글은 전기를 전혀 모르는 사람이 전기가 왜 흐르는지 질문한 것을 설명한 글입니다.

 

송전 철탑

전기란 무엇인가?

어린이에게 전기가 뭐냐고 물으면 천장에 달린 불켜진 전등을 가리키며 이게 전기야 라고 합니다.

 

그만큼 전기를 사용하는 것이 너무 당연해서 궁금해 하지 않는것이 전기입니다.

 

저는 이 당연한 것을 당연하게 만들어 주는 일을 하고 있어요.

 

이 일을 하려면 전기를 알아야 하는데 전기가 뭐냐고 묻는다면 원자부터 이야기를 해야 합니다.

 

전하의 움직임을 전기라고 한다

전기란 물질 안에 있는 전하의 움직임이에요.

 

전하란 물질을 이루는 원자의 일부분으로 전기적 성질을 가진 것입니다.

 

원자는 양성자, 전자, 중성자로 이루어져 있습니다.

 

양성자는 (+)전하를 가지고 있고, 전자는 (-)전하를 가지고 있습니다. 중성자는 전하가 없습니다.

 

원자는 보통 양성자와 전자의 개수가 같아서 전체적으로 전하가 없습니다.

 

그런데 어떤 원자는 외부의 영향으로 전자를 빼앗기거나 더 얻기도 하는데, 이렇게 되면 원자는 (+)전하나 (-)전하를 가지게 됩니다,

 

이렇게 전하를 가진 원자를 이온이라고 합니다.

 

이온은 다른 이온이나 원자와 상호작용을 하면서 움직일 수 있어요.

 

예를 들어, (+)이온은 (-)이온이나 (-)전하를 가진 원자를 끌어당기고, (-)이온은 (+)이온이나 (+)전하를 가진 원자를 끌어당깁니다.

 

반대로 (+)이온은 (+)이온이나 (+)전하를 가진 원자를 밀어내고, (-)이온은 (-)이온이나 (-)전하를 가진 원자를 밀어냅니다.

 

이렇게 전하가 있는 물질 안에서 전하가 움직이는 것을 전기라고 합니다.

 

전기는 처음에 이것부터 배웁니다: 원자의 구조

 

전기가 흐르는 이유

전기는 왜 흐르죠? 라고 묻습니다. 아주 좋은 질문이라고 생각해요.

 

당연하게 생각했던 것이 원래 당연하게 아니라는 것을 알았으니까요.

 

전기는 가만히 있으면 흐르지 않습니다.

 

가만히 있는 전기를 정전기라고 해요.

쿨롱의 법칙: 정전기의 기본 법칙

 

그런데 전기적인 에너지 차이가 생기면 흐르게 됩니다.

 

여기서 에너지 차이는 전압이라고 하고 흐르는 것을 전류라고 이름을 붙혔어요.

 

이제 아래에서 전압과 전류에 대해서 설명하겠습니다.

 

전압

전압이란 전기가 흐르려고 하는 힘입니다.

 

전기가 흐르려고 하는 힘이 강하면 전압도 높고, 약하면 전압도 낮습니다.

 

전압이 높으면 전기가 잘 흐르고, 전압이 낮으면 전기가 잘 안 흐릅니다.

 

전위란 전기가 있는 곳의 높낮이입니다.

 

전기가 있는 곳이 높으면 전위도 높고, 낮으면 전위도 낮습니다.

 

전기는 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르려고 합니다.

 

그래서 높은 곳과 낮은 곳의 차이가 클수록 전기가 흐르려고 하는 힘이 강해집니다.

 

즉, 전위의 차이가 클수록 전압도 높아집니다.

 

예를 들어, 건전지는 (+)극과 (-)극 사이에 전위의 차이를 만들어냅니다.

 

(+)극은 전기가 있는 곳이 높고, (-)극은 전기가 있는 곳이 낮습니다.

 

그래서 (+)극과 (-)극 사이에 전압이 생깁니다.

 

이 전압은 (-)극에서 (+)극으로 향하는 전기에게 힘을 줍니다.

 

그래서 전기들은 한 방향으로 움직이면서 전류를 만들게 됩니다.

 

그러면 여기서 질문이 있습니다. 전기가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르려고 한다면 경사진 언덕에 전선을 놓으면 전기가 위에서 아래로 흐르나요?

 

아니요, 전기가 흐르려고 하는 높낮이는 전기적인 높낮이입니다.

 

즉, 전위의 높낮이를 의미합니다.

 

전기가 있는 곳의 물리적인 높낮이와는 상관이 없습니다.

 

예를 들어, 건전지의 (+)극은 (-)극보다 전기적으로 높은 곳이지만, 건전지를 세우거나 눕히거나 해도 전압은 변하지 않습니다.

 

전선도 마찬가지로, 전선의 한쪽 끝에 전압을 인가하면 전선의 양쪽 끝에 전위차가 생깁니다.

 

이때 전선을 경사진 언덕에 놓든 평평한 바닥에 놓든 상관없이 전기는 전선의 양쪽 끝 사이에 있는 전위차에 따라 흐릅니다.

 

그러면 전선의 길이나 굵기는 전압에 영향을 주나요?

 

그렇습니다, 전선의 길이나 굵기는 전압에 영향을 줍니다.

 

왜냐하면 전선의 길이나 굵기는 전선의 저항을 결정하기 때문입니다.

 

이제 저항을 설명할 차례입니다. 아래에서 설명할거에요.

 

참고로 전압의 기호와 단위 입니다.

• 전압의 기호: V (브이)
• 전압의 단위: V(volt : 볼트)
• V = I x R

 

저항

저항이란 전류의 흐름을 방해하는 정도입니다.

 

저항이 크면 전류가 잘 흐르지 않고, 저항이 작으면 전류가 잘 흐릅니다.

 

전선의 길이가 길어지면 전류가 흐르는 거리가 늘어나서 저항이 커집니다.

 

반대로 전선의 길이가 짧아지면 저항이 작아집니다.

 

전선의 굵기가 커지면 전류가 흐를 수 있는 공간이 넓어져서 저항이 작아집니다.

 

반대로 전선의 굵기가 작아지면 저항이 커집니다. 전압과 저항은 옴의 법칙으로 나타낼 수 있어요.

 

옴의 법칙은 전기회로 안에서의 전압, 전류, 저항의 관계를 나타낸 식입니다.

 

V = IR

 

여기서 V는 전압, I는 전류, R은 저항을 나타냅니다.

 

옴의 법칙은 저항이 일정할 때, 전압이 커지면 전류도 커지고, 전압이 작아지면 전류도 작아진다는 것을 보여줍니다.

 

그리고 전류가 일정할 때, 저항이 커지면 전압도 커지고, 저항이 작아지면 전압도 작아진다는 것을 보여줍니다.

 

즉, 전선의 길이나 굵기가 변하면 저항이 변하고, 저항이 변하면 전압도 변합니다.

 

그러면 저항이 없는게 좋은거 아닌가요? 전기를 방해하는 것이 없다면 전기가 더 잘 흐르잖아요.

 

그렇죠. 저항이 없으면 전기가 더 잘 흐르는 것은 맞아요. 하지만 전기회로에서 저항은 반드시 필요합니다.

 

옴의 법칙 I = V / R 에 의해서 저항 R 이 없으면 전류 I 는 무한대가 되어버립니다.

 

무한대의 전류를 견디는 물체는 없기 때문에 전기회로가 성립할 수 없습니다.

 

전기 회로에서 저항은 알기쉽게 말하면 우리가 사용하는 전등같은 '전기를 먹는것' 입니다.

 

다음은 저항의 기호와 단위입니다.

• 기호: R (알)
• 단위: Ω(ohm : 옴)
• R = V / I

 

전류

전류는 보통 (-)전하를 가진 전자의 흐름을 말합니다.

 

전자는 도체 안에서 자유롭게 움직일 수 있어요.

 

도체란 전기가 잘 통하는 물질입니다.

 

도체에 전압을 걸게되면 전자들이 한 방향으로 흐르게 됩니다.

 

전류의 단위는 암페어(A)이고, 전류의 크기는 전압과 저항에 의해 결정됩니다.

 

다음은 전류의 기호와 단위입니다.

• 전류의 기호: I (아이)
• 전류의 단위: A(ampere : 암페어)
• I = V / R

 

아래 링크는 이 글에서 중요한 개념인 전압, 전류, 저항의 관계식을 정리한 옴의 법칙 포스팅입니다.

 

옴의 법칙 쉽게 외우기