EP6. 전압이란 무엇인가

전압(전위차)

전압은 전류를 흐르게(전하를 이동시킬 수 있는) 하는 능력입니다.

 

2개의 서로 다른 전하 즉 양전하 그룹과 음전하 그룹에 자유전자가 쉽게 이동할 수 있는 도체(금속선같은)로 연결 시키면 자유전자인 음전하가 양전하 쪽으로 작용하는 인력을 통해 이동하면서(전류) 전기적인 일을 하게 됩니다.

 

 

 

그런데 우리는 전하의 이동을 눈으로 관찰 할 수 없어서 이해하기가 좀 힘들 수도 있습니다.

그래서 이것을 보다 쉽게 이해하기 위해 물을 예로 들어보겠습니다.

 

물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐릅니다. 이를 이용해서 물레방아를 돌리기도 하죠.

높은 곳에 있는 물이 낮은 곳으로 이동하면서 물레방아를 돌리는 일을 하는겁니다.

이때 높은 곳에 있는 물은 역학적인 위치에너지를 가지고 있어서 역학적인 일을 할 수 있는 겁니다.

 

또한 물은 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르기도 합니다.

높은 압력은 강한 물줄기를 만들고

낮은 압력은 약한 물줄기를 만듭니다.

 

이것을 전압과 전류 관계로 바꾸어 표현해 보겠습니다.

전류는 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르고(=전위가 높은 곳에서 낮은 곳)

높은 압력(높은 전압)은 강한 물줄기(많은 전류)를 만들고

낮은 압력(낮은 전압)은 약한 물줄기(적은 전류)를 만듭니다.

 

 

수압은 물의 흐름이 없이도 존재 할 수 있지만

물의 흐름은 수압 없이는 홀로 존재 할 수 없습니다.

 

이것을 전압과 전류로 바꾸어 표현하면

전압은 전류 없이도 홀로 존재 할 수 있지만

전류는 전압 없이는 홀로 존재 할 수 없습니다.

 

그러면 전압과 전위차가 무슨 차이가 있는지 궁금하실수도 있는데요

물도 높은 곳과 낮은 곳의 위치 차이가 클수록 압력이 커지는 것 처럼

전기에서도 전위 차이가 클수록 전압이 커지는 것입니다.

 

따라서 물의 위치가 압력과 결국 같은 것처럼

전기에서도 전위차와 전압은 같은 뜻 입니다.

 

우리가 보통 많이 사용하는 전압으로는 건전지와 가정용 콘센트가 있습니다.

아래에 그림은 1.5[V], 9[V] 건전지 그리고 가정용 콘센트는 220[V] 입니다.

각 숫자만큼의 전압(전위차)를 가지고 있는 것이죠.

그리고 이들은 전류가 흐르지 않아도 전압으로 존재 할 수 있습니다.

 

 

 

전압의 단위에 대한 이해

 

이 글 맨 첫줄에 전압은 능력이라는 말을 했습니다.

정확히는 전기적인 일을 하는 능력입니다.

 

일의 단위는 줄[J] 이고,

 

능력은 무엇을 기준으로 하느냐인데,

예를들어 시간이 기준이면 초당 몇 줄, 시간당 몇 줄 이렇게 말할 수 있습니다.

참고로 와트[W]도 일하는 능력을 말하는 단위인데 시간 중에 초 단위가 기준입니다.(1와트[W]=1줄퍼세크[J/s])

 

전압을 말할 땐 1쿨롱[C]이 하는 능력을 말합니다.

(1쿨롱[C]=6.25×10¹⁸개의 전자)

 

정리하면 1줄[J]의 일을 1쿨롱[C]이 해내는 능력을 1볼트[V] 라고 합니다.

 

예제1) 100줄[J]의 일을 2쿨롱[C]이 하는 배터리의 전압은 얼마일까요?

 

그리고 우리는 볼트[]를 아주 작은 단위부터 큰 단위까지 아래와 같이 사용합니다.

1마이크로볼트[μV] = 1×10^-6

1밀리볼트[mV] = 1×10^-3

1킬로볼트[kV] = 1×10³

1메가볼트[MV] = 1×10⁶

 

전압은 멀티미터라는 장비로 측정 할 수 있습니다.

 

측정 할 때는 직류(DCV), 교류전압(ACV)을 구분해서 반드시 해당 종류쪽으로 하고

측정범위도 예상되는 전압범위의 값쪽으로 스위치를 맞추어 놓고 해야합니다.

빨간선은 +극, 까만선은 -극 또는 접지선에 접촉시켜주면 됩니다. 만약 반대로 접촉시키면 측정하고자 하는 전압값에 -(마이너스)가 붙어서 표현됩니다.

 

 

요약