EP8 전압과 전위 그리고 전위차

앞에서 전압이란 무엇인지에 대한 글을 게시했는데

이번 시간은 매번 헷갈리는 전압과 전위차에 대해서 다루겠습니다.

전압(Voltage)과 전위차(Electric potential difference)

우리는 대부분 전압이라고 하면 어떤 것인지 말로는 표현하지 못하지만

머릿속으로 대략 어떤 것인지를 알고 있습니다.

왜냐하면 전압은 우리가 흔히 사용하는 용어이기 때문이죠.

건전지의 전압, 차량 배터리의 전압,

유럽으로 놀러갈때 110V 변환 변압기를 챙기기도 합니다.

 

 

 

 

 

그런데 전위차에 대해선 머릿속에 그려지는 개념이 부족하죠

그래서 전압과 전위차에 대해서 이야기하려면 먼저 전위차에 대해서 알아야합니다.

 

전위(Electric potential)를 그대로 해석하면 '전기적인 잠재력'입니다.

전위차(Electric potential difference)를 해석하면 '전기적인 잠재력의 차이' 입니다.

 

여기서 주목해야 할 단어는 '차이(difference)' 입니다.

차이라는 단어는 상대적입니다. 비교 대상이 있어야하죠

그래서 비교해야할 '기준'이 있어야 하고, 그 '기준'은 바뀌지 않는 것이 좋습니다.

왜냐하면 기준이 바뀌면 그와 비교했던 모든 것들이 같이 바뀌어야 하기 때문이죠.

 

 

 

 

전위에서의 기준은 바로 지구(땅=대지)입니다.

 

과학자들이 전위의 상대적인 차이를 말하기 위해서

전기적으로 가장 안정적인 지구(땅=대지)를 0전위 라고 했습니다.

 

 

대전체 덩어리인 지구

 

 

지구(땅=대지)이 원래부터 0전위였던것이 아니라 과학자들이 그렇게 정한것입니다.

(사실은 지구도 거대한 대전체 이죠.)

 

잘 이해가 안돼는 분들을 위해 예를 하나 들어보겠습니다.

우리는 물이 0℃ 에서 언다는 것은 누구나 알고 있을것입니다.

그런데 여기서 0℃ 라는 것은 누가 정했을까요?

0℃ 라는 것이 원래부터 있어서 이 점에서 물이 얼었을까요?

아닙니다.

물은 어느 온도가 되면 어는 특성이 있는데 바로 이 점을 0℃ 라고 부르자고 과학자들이 정한 것이죠

 

지구(땅=대지)도 원래부터 0전위였던것이 아니라 지구가 전기적으로 잘 변하지 않으니 기준으로 적합하여

과학자들이 지구를 0전위라고 하기로 약속한거죠. 기준은 변하지 않는 것이 좋으니깐요.

 

0 전위 = 지구(땅) = ground

 

이제 전위의 기준을 정했습니다.

 

그리고 이 세상의 모든 물질은 전기적인 속성(중성, 양전하, 음전하)을 가진다는 내용을

'EP3. 전기를 만드는 2가지 방법' 이라는 글에서 설명했습니다.(이 내용을 잘 모르시는 분은 앞글을 참고하세요.)

대전이라는 과정을 통해 기준점인 지구에 비교하여 양전하나 음전하가 되면 바로 전위차가 생깁니다.

 

이때 생긴 전하의 양을 쿨롱[C]라는 단위로 세고, 이 전하가 하는 1줄[J]의 일을 1[V]라고 부르기로 한겁니다.

어렵나요?

왜 이렇게 복잡한 단위를 만들었는지 이해해야 이것 또한 이해 될겁니다.

 

우리는 편리해지기 위해 전기를 만들어서 사용합니다.

사람대신 전기로 일을 시키는 것이죠

전기를 사용하려다 보니 정확히 측정을 할 수 있어야 어디에 얼마나 쓸지를 결정할 수있죠.

 

전기는 전하가 이동하면서 만듭니다. 그러면 전하가 몇개나 있는지 알아야겠죠

그래서 전하를 세어보았고 그 단위를 쿨롱[C]이라고 부르는 겁니다.

 

그리고 전기가 하는 일의 단위가 있어야 하는데 이것은 이미 예전 과학자들이 정해놨습니다.

일의 단위는 줄[J]을 쓰죠(이것에 대해 앞 글에서 다루었습니다.)

 

그리고 드디어 1쿨롱[C]이라는 놈에게 1줄[J]이라는 일을 시켰습니다.

이것을 무엇이라고 부를까요?

 

맞습니다. 이것이 바로 1볼트[V] 입니다.

 

이때 1[V]를 전압이라고 합니다. 이는 전위차가 1[V]라고도 할 수 있습니다.

 

요점정리

지구는 0전위이다. 과학자들이 전위의 기준을 그렇게 정한 것이다.

대전(양전하, 음전하)을 통해 지구와 다른 전위가 발생하는 물질이 생긴다.

지구와 대전된 물질의 전하의 차이가 전위차 이다.

인간은 양전하, 음전하[C]가 이동을 하는 힘을 이용하여 일[J]을 시킨다.

1[C]이 1[J]의 일을 하는것을 1[V]라고 한다. 이를 전압이라고 부른다.