[전자기] 전하와 전위차 (등전위면 포함), 옴의 법칙과 전기 저항, 전기 저항의 연결

 

 

1. 전하

 

여기서 말하는 전위는 전기적 위치에너지로 에너지를 나타내는 말이다.

 

전기장의 세기와 거리의 곱으로 나타낼수 있으며 전위를 V(볼트)라고 하며, 전기장의 세기 (E), 거리 (d)로 나타낸다.

 

V=Ed

 

그렇다면 총 에너지 (W)는 V에다가 전하량(q)를 곱하면 된다.

 

W= qV =qEd 로 표현 가능하다.

 

2. 전위차

 

전위차는 말 그래도 A, B  두 지점의 전위의 차이이다.

 

그렇다면 이것이 왜 필요한 것인가를 보면, 전위차를 통해 A, B 각 점에서 전하가 어느쪽으로 이동을 하는 지를

 

알수 있기 때문이다.

 

전위차는 전하가 어디에서 어디로 이동하는 것을 결정해 준다.

 

단위 양전하의 경우 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로

 

단위 음전하의 경우 전위가 낮은 곳에서 높을 곳으로 이동한다.

 

 

 

3. 등전위면 및 분석

 

등전위면은 같은 전위를 가진 부분들을 이은 선이라고 볼수 있다.

 

우리가 흔히 지도에서 볼 수 있는 등고선과 유사한 것으로 생각하면된다.

 

등전위면 분석에 중요한 부분은 

 

먼저 전하가 같은 등전위선 내에서 이동을 하게 될 경우 에너지의 변화가 없다.

 

양전하 쪽의 등전위선으로 한칸 넘어갈 때는 일정량의 에너지가 주어져야함.

 

음전하 쪽으로 넘어갈 경우 일정량의 에너지를 방출한다는 것 등이 중요하다.

 

 

 

 

등전위면 (출처:네이버 지식백과)

 

 

 

 

4. 옴(Ω)의 법칙

 

간단히 말해서 전압과 전류와 저항의 관계를 정의한 법칙.

 

저항을 거치면 전위가 점점 낮아지며,저항에서 낮아진 전위는 저항에 걸린 전압(V)로 볼 수 있다.

 

이때 전위의 차는 저항의 세기에 비계하고 흐르던 전류의 세기에도 비례한다. 이를 통해서 우리는

 

V =IR 이라는 친숙한 공식이 나오게 된것이다.

 

 

4. 전기저항

 

도선은 하나의 저항이며 길고 좁으면 저항이 커진다.

 

그리고 일반적으로 온도가 높을 수록 저항이 커진다.

 

물론 반대로면 작아지는 것이다.

 

이를 공식으로 표현해 보면

 

l은 길이, S는 단면적을 의미한다.

 

여기서 ρ는 비저항으로 물질의 종류와 관계된 상수 이다.

 

비저항이 큰 물질일수록 저항의 세기가 크다는 것을 의미한다.

비저항표 (출처 : 나눔과학교실)

 

5. 전기 저항의 연결

 

① 직렬 연결

 

 

직렬연결에서 가장 중요한 것은 지나는 전류의 값은 항상 일정하다는 것이다.

 

직렬연결에 걸리는 각각의 전압의 합이 전압원의 합과 같다는 것이다.

 

즉! V = V1 + V2 이며 이는 V= IR1 +IR2로 표현가능하다.

 

이를 정리하면 V=I(R1+R2)가 되며 즉 R total = R1+R2 가 되는 것이다.

 

즉 총 저항은 각 저항의 합으로 볼수 있다고 정리가 가능하다.

 

 

② 병렬 연결

 

 

병렬연결에서 가장 중요한 것은 각 저항에 걸리는 전압은 총전압과 일치한다는 것

 

그리고 각 저항에 흘러 들어오는 전류의 합은 총 전류와 같다는 것이다.

 

I = I1+I2 가 되며, 이는 I = V (1/R1 + 1/R2) 로 정리 가능하다

 

1/ R total = 1/R1  + 1/R2 로 표현이 가능한 것이다.

 

즉 총 저항의 역수는 각 저항의 역수의 합으로 볼 수 있다.

 

※ 역수 : 0이 아닌 어떤 수 a에 대하여 1을 그 수로 나눈 수 1/a을 a의 역수라 하는데, 

 

이것이 존재한다는 것은 곱셈의 역산으로서의 나눗셈이 가능하다는 것을 말하는 것