전기 제어 시작하기

집에 있는 콘센트에 전기는 어디서 오는 걸까? 우리 실생활과 밀접하게 관련된 거기서부터 전기 공부를 시작해 보려고 합니다.

 

목차

전기제어 시작하기

전기는 우리 생활에서 절대적으로 필요한 에너지입니다..  하지만 전기에 대해서 많은 사람들이 잘 모르고 있는 것이 사실입니다.  여러분들은 학교 다닐 때 과학시간에 전기에 대해 잠깐 배우셨을 겁니다.  그런데 핸드폰을 충전하거나, 전기장치는 콘센트에 플러그를 꽂으면 전원이 들어오고 작동을 하니 우리는 그냥 전기를 잘 사용하면 될 뿐, 그 이상은 아니죠.  

 

콘센트 안에 뭐가 있을까. (도체, 부도체, 반도체)

우리들 집에 있는 콘센트는 구멍이 2개예요.  어느 집이건 우리나라는 콘센트 구멍이 2개입니다.  각각의 구멍에는 전선이 한가닥씩 연결되어 있어요.  그 전선을 타고 전자들이 이동을 하면서 발생하는 에너지를 전기라고 합니다.  이 전자들이 이동을 잘할 수 있는 물질을 도체라고 하고, 이동할 수 없는 물질을 부도체라고 합니다.  이동 했다 못했다 하는 물질을 반도체라고 합니다. 대표적인 도체 물질은 구리, 철, 알루미늄, 금, 은입니다.  대부분의 금속 종류는 도체라 할 수 있어요.  대표적인 부도체 물질은 사기(도자기 같은), 유리, 고무, 플라스틱입니다.  대부분의 금속이 아닌 물질은 부도체라 할 수 있겠네요.  대표적인 반도체 물질은 실리콘입니다. 실리콘 이외에도 반도체 물질은 많이 있지만 실리콘이 제일 많이 쓰이고 있어요.

 

도체 중에 전선에 주로 사용되는 것이 구리입니다.  전자들이 이동도 잘할 수 있으면서 가격도 쌌기 때문에 구리를 재료로 했었는데요.  요즘은 구리 가격이 비싸 전선 가격도 만만치 않아서 알루미늄 합금 같은 구리 이외의 다른 재료로 만들고 있답니다.

 

전자는 어디서 보내고 있나

콘센트에 연결된 전선을 따라가 보면 그 끝에는 발전소가 있어요.  발전소에서 전압을 발생시켜 전선 안에 전자를 밀어내고 있는 겁니다.  흔히 전압을 수도관에 비유하는데 이렇게 하면 이해하기가 쉬워요.  수도관을 전선이라 생각하고 수돗물을 전자라고 생각하면 됩니다.

 

과부하

전자가 이동하면서 어디를 지나가느냐에 따라 빛이나(전등) 열(히터), 또는 기계적 장치를 통해 회전력이 발생돼요(모터).  이런 전자의 이동을 이용하는 장치를 신회로이론에선 저항기라고 했지요.  일반적으로 부하라고 부릅니다.  이런 부하가 전선의 허용치를 넘어 이용하는 것을 과부하라고 하죠.

집에 있는 멀티탭에 플러그를 많이 꽂아 콘센트의 허용치를 넘어버리면 전선에 불이 납니다!

 

옴의 법칙

옴의 법칙은 전기 공부를 시작하면서 처음 배우는 개념입니다.

발전소에서는 전압을 만들고, 전압의 기호로는 V

우리가 사용하는 전등 같은 부하를 저항이라 하고, 저항의 기호는 R

전자가 전선을 타고 이동하는 것을 전류라고 하고, 전류의 기호는 I

이 V, R, I  세 가지 개념을 수학적으로 정리한 사람이 프랑스의 '옴'이라는 사람이에요.  옴의 법칙은 전기 공부 카테고리에 있는 옴의 법칙 글을 참조하세요.

 

차단기

멀티탭에 플러그를 많이 꽂으면 불이 난다고 했습니다.  왜 그럴까요?  전류의 양이 전선이 가지고 있는 전류 허용치를 넘어서 그렇습니다.  이런 과전류 상태를 막기 위해 차단기를 설치해요.  집에 찾아보시면 배전반이 있을 거예요.  거길 열어보면 네모난 스위치들이 있는데 그게 차단기입니다.  과전류 같은 위험한 상황이 되기 전에 자동으로 전류를 차단해 주는 거예요.  그런데 전등을 켜기위해 배전반을 열어 차단기를 올렸다 내렸다 하지는 않죠.  차단기는 과전류나 누전을 막는 역할만 하고 온/오프는 스위치로 하게 됩니다.  집에 있는 전등 스위치는 수동으로 온/오프를 하니까 '수동제어' 입니다.  사람 없이 자동으로 제어되면 '자동제어' 겠죠.

 

전압의 종류

우리들 집에 있는 콘센트의 전압은 220v, 대한민국이 사용하는 '국민전압' 입니다.  정식 명칭으로 '공칭전압' 이라고 합니다.  외국은 전압이 우리나라와 다른 경우가 있어요.  가까운 일본만 해도 110v 를 사용하지요.  그럼 일본의 공칭전압은 110v 가 되겠습니다.  여행 갈 때 그 나라의 공칭전압을 꼭 확인해야 돼요.

 

사실 우리가 사용하는 전기는 플러스(+)와 마이너스(-)가 1초에 60번이나 서로 바뀝니다.  +, - 가 바뀌는 것을 교류라고 하고 60번이 바뀌기 때문에 60Hz(헤르츠), 이것을 주파수라고 해요.  정확하게 대한민국의 공칭전압은 220v 주파수는 60Hz입니다.

 

공장에서는 큰 기계들을 작동시키기 위해서 주로 440v 의 가정용보다 큰 전압을 씁니다.  경우에 따라 380v, 110v, 90v, 24v, 12v 등 변압기를 이용해 다양하게 전압을 바꾸어 사용한답니다.