전기에 대한 기본 지식
1. 전기와 전하 그리고 전압과 전류, 저항
마치 물이 흘러가면서 에너지가 만들어지는 것처럼, 전기도 이와 비슷합니다. **전하(electric charge)**가 흐르면서 발생하는 에너지를 전기 에너지 라고 말합니다.
물을 필요로 하는 곳을 보내기 위해서는 수로가 필요한 것처럼, 전기도 전하를 이동시키기 위해서 길이 필요합니다. 우리는 이를 전선이라고 호칭합니다. 이런 **전선들을 모아서 만든 것을 회로(circuit)**라고 합니다. 전기가 흐르기 위해서는 순환하는 길을 만들어줘야합니다.
물이 수로를 통해 흐르기 위해 물을 밀어내는 압력이 필요한 것처럼, **전기를 흐르게 하기 위해서는 전하를 밀어내는 힘을 전압(voltage)**라고 합니다.
물의 힘을 이용하면 물레방아를 돌릴 수 있습니다. 그런데 물레방아는 물의 흐름을 방해하기도 하죠. 전자제품도 마찬가지입니다. 전기제품은 전하가 움직이며 생긴 에너지를 이용합니다. 그 과정에서 전화의 흐름을 방해하기도 합니다. **전기의 흐름을 방해하는 것을 저항(resistance)**라고 합니다.
회로를 따라서 흐르는 전하의 양은 전압이 클수록 양이 많아지고, 저항이 클수록 양이 적어집니다. 즉, 전압과 저항은 회로로 흐르는 전하의 양을 조절하는 조정 장치라고 할 수 있습니다. 그런데 전하의 양을 조종하기 위해서는 현재 회로를 통해서 흐르는 전하의 양을 알아야겠죠? **전기회로를 통해서 시간당 흐르는 전하의 양을 전류(current)**라고 합니다. 물로 비유하면 수로를 통해 시간당 흐르는 물의 양이라고 할 수 있습니다.
이를 공식으로 표현한다면,
전류(I) = 전압(V)/저항(R)
이며 이를 물에 비유해서 다시 써보면 다음과 같습니다.
시간 당 흘러간 물의 양 = 물의 압력을 만드는 수압/물의 압력을 방해하는 저항
2. 직류와 교류
일반적인 건전지에는 +와 -의 극성이 있습니다. 이렇게 전류는 +에서 -의 방향으로 일정하게 흘러갑니다. 이러한 전기를 직류라고 합니다. 한자로는 直(곧을 직)流(흐를 류), 영어로는 Direct Current 줄여서 DC라고 합니다.
하지만 콘센트를 상상해보세요. 콘센트에는 +와 -극성이 존재하지 않습니다. 거꾸로 꼽아도 제대로 작동합니다. 그 이유는 콘센트에 들어오는 전기가 극성이 교대로 변경되는 특징을 가지고 있기 때문입니다. 이러한 전기를 교류, 한자로는 交(오고가다 교)流(흐를 류), 영어로는 Alternating Current 줄여서 AC라고 합니다.
교류는 전기를 생산하고 전송하는 데 유리합니다. 그래서 집이나 사무실까지 들어오는 전기를 교류를 사용합니다. 반면에 직류는 전기의 특성이 균일해서 정교한 동작이 중요한 전자제품에 많이 사용됩니다.
전자제품을 수리하기 위해서는 고쳐하는 제품이 어떤 전기를 사용하는 제품인지를 반드시 확인해야 합니다. 비교적 낮은 전압의 직류 제품들(ex. 블루투스 스피커, 손전등, 시계 등)은 감전되어도 아프지 않지만, 220v의 높은 전압을 사용하는 교류 제품들(ex. 비데, 스탠드, 멀티탭 등)은 큰 부상의 위험이 있기 때문입니다.
3. 직렬과 병렬
저항이 여러 개 일 때는 저항에 R1, R2와 같이 이름을 붙입니다.
첫 번째 그림은 직렬로 연결된 저항입니다. **전류가 흘러갈 수 있는 길이 하나밖에 없을 때 저항이 직렬(series)**로 연결되어 있다고 합니다.
두 번째 그림은 병렬로 저항이 연결된 것을 보여줍니다. **전류가 흘러갈 수 있는 길이 여러 개 있을 때 저항이 병렬(parallel)**로 연결되어 있다고 합니다.
직렬에서는 각 저항마다 전류가 동일하고, 병렬에서는 각 저항마다 전압이 동일합니다.
직렬과 병렬은 서로 장점과 단점이 다릅니다. 멀티탭을 통해 직렬과 병렬에 대해 이해해보겠습니다.
전자제품을 연결하면 노란색 회로 사이에 전자제품이 끼어들게 됩니다. 그렇기 때문에 병렬입니다. 멀티탭을 병렬회로로 만든 이유는 무엇일까요? 만약 멀티탭이 직렬이라면 모든 콘센트에 플러그가 꽂혀 있어야 합니다. 플러그를 뽑으면 회로가 끊겨버려서 모든 기기가 동작하지 않게 될 것입니다. 멀티탭이 병렬이기 때문에 비어있는 콘센트가 있어도 다른 장치들을 사용할 수 있습니다.
만약 멀티탭이 직렬이라면 장치를 연결할 때마다 전체 회로에 흐르는 전류의 양이 작아져서 연결되어 있는 모든 기기의 전기가 부족해질 것입니다. 반대로, 장치를 제거할 때마다 전류의 양이 커져서 모든 기기가 타버릴 것입니다. 병렬회로 덕분에 각각의 기기들은 다른 기기에 영향을 받지 않고 독립적인 상태를 유지하면서 동작할 수 있는 것입니다.
병렬의 장점을 먼저 서술하였지만 직렬 회로 또한 필요합니다. 멀티탭에 연결된 전자제품끼리는 서로 병렬로 연결되어 있지만, 전자제품들과 멀티탭의 전원 스위치는 직렬로 연결되어 있습니다. 덕분에 전체 전원을 쉽게 켜고 끌 수 있게 되었습니다.
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