찌릿찌릿 전기
전기란 무엇일까?현대 생활에 없어서는 안 되는 꼭 필요한 에너지입니다.
전기(electricity)라는 용어는 호박을 뜻하는 그리스어 ‘elektron’ 에서 유래되었습니다.
전기는 움직이는 전자들에 의해 만들어집니다. 전기의 속도는 얼마나 될까?전기의 속도는‘진공상태의 빛의 속도’(1초에 30만km)와 같아서 매우 빠릅니다.
그런데 여기서 말하는 전기의 속도는 에너지 반응의 속도를 말합니다.
실제적은 전선속의 전자의 이동 속도는 매우 느려서 보통 초속 1밀리미터에 불과합니다.
참고로 소리는 1초에 340미터를 갈 수 있다고 합니다. 전기의 저항이란 무엇일까?
전류의 흐름을 방해하는 것을 전기 저항이라고 합니다.
저항의 단위인 옴은 독일의 물리학자인 ‘게오로그 옴’의 이름에서 따왔습니다. 옴은 1826년 베를린에서
전기 실험에 전념한 후 ‘옴의 법칙’을 발표했습니다. 옴의 법칙이란 전압이 커질수록 전류의 세기는 세지고,
일정한 전압일 때 전기 저항이 클수록 전류가 약해진다는 이론입니다. 1옴(저항)은 1V(볼트)의 전압으로
1A(암페어)의 전류가 흐를 때 만들어지는 저항 값입니다. 직렬연결과 병렬연결은 어떻게 다를까? 직렬연결과 병렬연결은 저항을 연결하는 방법에 의해 나뉜답니다. 그에 따라서 전류의 크기도 달라집니다.
두 개의 꼬마 전구를 저항으로 썼을 때의 예를 들어보겠습니다.
또한 원자들은 훨씬 작은 전자들에 의해 둘러싸여 있습니다. 그리고 원자의 중심부분을 원자핵이라
부르는데 원자핵은 +극을 가지고 있고 전자는 -극을 가지고 있습니다. 전자파란? 전기가 흐를 때 그 주위에 전기장과 자기장이 동시에 발생하는데, 이들이 주기적으로 바뀌면서 생기는 파동을 말합니다. 그리고 전자파는 모든 전기제품에서 발생됩니다.
특히, 휴대전화의 전자파가 주의력이나 건강을 해칠 수 있다는 국내외 연구가 발표되어 있습니다.
전자파에는 여러 종류가 있는데 그 중에서도 극저주파, 초저주파, 라디오파, 마이크로웨이브 등이 인체에 악영향을 끼칩니다.
각종 전기시설이나 전자제품 등에서 나오는 전자파는 무색무취로 우리 눈에 보이지 않고 피해가 금방 나타나지도 않습니다.
하지만 전자파의 피해는 오래 누적된 채로 서서히 찾아오므로 항상 주의해서 전자제품을 사용해야 합니다.
앙페르는 전류와 자기장의 관계를 발견하여, 앙페르의 ‘오른나사법칙’을 발표했습니다.
앙페르의 오른 나사법칙: 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 자기장이 생기는데, 전류의 방향을 나사의 진행 방향으로 하면 나사의 회전 방향이 자기장의 반향이 된다는 법칙
전류의 자기작용과 발열작용어디서든 전류가 흐르면 자기장이 발생하고 이것을 전류의 자기작용이라고 부릅니다. 금속봉에 부도체인 종이를 몇 번 두른 후에 도선으로 여러 번 감습니다. 그리고 도선에 전류를 흘려보내면 감은 도선에서 자기장이 발생합니다. 그건 옆에 놓인 나침반이 움직 이는 걸로 확인 할 수 있습니다. 자기작용은 전동기의 기본 원리이기도 합니다. 선풍기, 세탁기 등 우리 주변에서도 이 같은 원리로 움직이는 물건들이 많습니다.
전류의 발열작용은 실생활에 널리 사용되고 있는 전류의 가장 대표적인 작용입니다. 금속으로 만들어진 도선에 전류가 흐르면 도선의 전기 저항 때문에 열이 발생합니다. 이 열을 응용해 만든 것이 전기난로나 다리미 같은 전열제품입니다. 발생열량은 저항 값이 크고 전류가 클수록 커집니다.
전압이란? 전류가 흐를 때의 힘, 즉 전류의 압력이라고 할 수 있습니다. 전압이란 수압과 같은 것으로, 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것처럼 전류도 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐릅니다. 그리고 전압을 ‘전위차’ 라고도 부릅니다.전압의 단위는 V(볼트)이며, 전기 발전에 크게 공헌한 이탈리아의 물리학자인 ‘알레산드로 볼타’의 이름에서 따온 것입니다. 볼타는 절친한 친구 과학자인 ‘갈바니’의 개구리 다리 실험에 자극받아 동물전기연구를 시작했습니다. 그 후, 그는 금속들이 전기를 만들어 낼 수 있다는 사실을 밝혀 건전지를 발명했으며, 전기현상 연구에도 크게 공헌하였습니다. 정전기란?
번개도 사실은 정전기의 일종입니다.
폭풍이 치는 날, 먹구름 속에서 바람으로 인해 물방울들과 작은 얼음들이 정신없이 부딪치며 마찰을 일으킵니다. 마찰에 의해서 물보다 가벼운 얼음은 전자를 물에게 빼앗긴 채 위쪽으로 올라갑니다. 그럼 구름 위쪽은 양전하를, 구름 아래쪽은 음전하를 띠게 됩니 다. 구름 아래쪽에 음전하가 모이면 그 곳에서 밝은 빛의 번개가 생깁니다.
결국번개는 음전하를 띤 전자들이 모여 있는 것입니다.
MingGu footprint 2019. 8. 20. 07:00
전기저항에 대한 단어의 의미
국립국어원 표준국어대사전에서는
1. 전기는 물질 안에 있는 전자 또는 공간에 있는 자유 전자나 이온들의 움직임 때문에 생기는 에너지의 한 형태.
음전기와 양전기 두 가지가 있는데, 같은 종류의 전기는 밀어 내고 다른 종류의 전기는 끌어당기는 힘이 있다.
2. 저항
- 어떤 힘이나 조건에 굽히지 아니하고 거역하거나 버팀.
- 전기, 전자 도체에 전류가 흐르는 것을 방해하는 작용. 전압을 전류로 나눈 값으로 나타낸다. 단위는 옴
3. 전기저항은 도체에 전류가 흐르는 것을 방해하는 작용. 전압을 전류로 나눈 값으로 나타낸다. 단위는 옴(≒저항)
로 정의되어 있다.
위키백과에서는 '전기저항은 도체에서 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 물리량이다.'라고 정의되어 있다.
단어 의미로만 봤을 때는 전기저항이란 전기에 대한 방해 요소로 부정적인 면이 강해 보인다..
예를 들어 LED에 불을 켜기 위해서 전기가 흐를 때, 저항이 있어서 LED에 불을 켜는 것을 방해한다는 얘기가 된다.
하지만, 실제로는 저항이 있어야지 LED를 켤 수가 있다.
전기저항 사용을 설명하기 위한 이론 '옴의 법칙'
전자에서 저항을 설명하기 위해서는 '옴의 법칙'이 등장한다.
저항은 영어로 Resistor로 R이라고 표현하고 기호로는 Ω(옴)을 사용한다.
옴의 법칙은 V(전압) = I(전류) x R(저항)이라는 이론이다.
전압, 전류, 저항을 간단히 설명을 하면 다음과 같다.
전자나 전기 쪽에서 가장 많이 하는 표현중의 하나가 물을 이용한 표현을 한다.
전압은 물의 압력인 수압이고,
물이 흐를때 흐르는 물의 양이 전류가 된다.
저항은 물의 흐름을 방해하는 댐이나, 수로의 넓이로 표현을 할 수 있다.
수압이 일정하다면 수로가 넓은 곳에서는 많은 양의 물이 흐를 것이고,
수로의 관을 좁게 하면 물의 양은 적은 양만 흐를 것이다.
참고로, 최근 뉴스에서 저항이 없는 바질 물질이 우리나라 연구진에 의해서 발견이 되어 190년간 깨지지 않았던,
옴의 법칙에 반기를 드는 물질이 발견이 되기는 하였다.
저항으로 전기의 흐름을 왜 방해하는 것일까?
저항 자체는 부정적 의미를 가지고 있는데, '전자에서 말하는 저항은 왜 필요한 것일까?'라는 의문점을 가지게 된다.
저항이 왜 필요한지 일상에서 찾아보겠다.
저항을 써서 유용하게 쓰는 예로 히터와 인덕션, 드라이어등을 들 수 있다.
히터와 인덕션, 드라이어는 전기 에너지를 열로 바꾸어 준다.
전기 에너지를 열에너지로 바꾸기 위해서는 전기가 지나가는 관이 있다.
그 관이 하나의 저항체 이며, 전기나 전자에서는 부하(Load)라고 표현을 한다.
백열등은 전기에너지를 열에너지로 만들어 주는 예이다.
백열등 안의 필라멘트라는 저항체인 부하(Load)가 전기에너지를 빛 에너지로 바꾸어 준다.
그 외에도, 저항이란 소자는 저전력에도 기여한다.
수도꼭지를 활짝 열면 물을 많이 흘려서 물을 많이 쓰게 되고,
조금만 열어서 쓰면 물을 적게 쓰게 되듯이 말이다.
일반 가정에 들어오는 전압은 220V이다.
전자 쪽에서 5V, 3.3V, 1.8V... 를 쓴다고 생각했을 때 엄청 높은 전압이다.
220V 전압을 그대로 전부 사용하게 되면 아마 감전 사고가 많이 일어날 것이다.
아무튼 요즘 전자제품에서 가장 중요하게 여기는 것이 저전력 제품이다.
LED 등이 나오게 된 것도, 어떻게 보면 저전력을 사용해서 전기요금이 적게 나오게 하는 트렌드와 맞아서였다.
전력은 W(와트)로 표현을 하는 데, W(와트) = V(전압) x I(전류)다.
전압은 220V로 일정하니 전력을 줄이기 위해서는 전류를 낮춰야 한다.
그럼 전류를 낮추기 위해서는 무엇이 필요할까?
전류를 낮추기 위해서는 저항이 필요하다.
V(전압) = I(전류) x R(저항)에서 수식을 변형하면,
I(전류) = V(전압) / R(저항)이다.
전류는 전압에 비례하고, 저항에는 반비례하기 때문에 저항이 높으면 전류는 낮아진다.
물론, 전자 쪽에서는 220V가 너무 큰 전압이기 때문에 휴대폰 충전기가 5V라고 생각했을 때, 44배나 낮은 전압으로 만든다.
낮은 전압으로 만드는 것 또한 높은 전압을 막아주는 저항의 역할이라고 생각할 수 있다.
전기 저항은 이렇듯 실생활의 저전력 시스템에 필요한 부분이다.
그 외에도 전자 회로 안에서 저항은 여러 이유로 가장 많이 사용하고 중요한 소자 중에 하나이다.
나 또한 전자회로를 설계했을 때, 가장 많이 사용하고 있는 소자중의 하나이다.
이처럼 저항이라는 단어는 부정적인 의미로 받아들여질 수 있으나,
전기저항은 실생활에서는 많은 도움을 주는 부분을 가지고 있다.
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