전류와 전압과 전자....
와 얘네가 이렇게 복잡한 것이었을 줄은 몰랐다...
과학 현상이란건 그냥 받아들이지 않고 의문을 가지기 시작하면 정말 끝도 없는 것 같다.
다행히 괜찮은 책을 발견해서 읽어보았고, 내 생각을 정리하기 위해 그 책의 내용을 요약해서 이 글을 써본다.
출처 <일러스트로 보는 기초전기전자> 저자: 이태원 임양구 정주윤
1. 전압이란 뭔가?
전압을 사전에 찾아보면 "~~~전위차"라고들 나온다.
약 2년 전에 전압이 뭔지 호기심에 찾아보았건만 사전에서부터 어려운 단어들 투성이니...이거 이해를 하라는 건지 말라는건지 싶었다.
전위라는 것은 전기적위치에너지의 줄임말이다.
전기적 위치에너지가 진짜 "높이"를 말하는 건 아니고, 에너지를 많이 갖고 있는 상태면 전기적위치에너지가 크다 라고 한다.
전압은 이 전기적위치에너지의 차이를 얘기한다.
예를 들어 전압이 10V라고 한다면, 양 극의 전위차가 10V라는 것이다. 여기서 V란 전압의 단위인데, J/C을 말한다. 여기서 J/C이란, J은 에너지의 단위이고, C은 1A의 전류가 1초간 흐를 때 이동하는 전하의 양이다. 즉, 1C의 전자가 움직일 때 필요한 에너지의 양을 전압이라고 할 수 있다.
결국, 전압은 에너지의 양인건데, 그 양이 어느정도 냐면 양 극의 전위값(쉽게 말하자면, 에너지 값)의 차이 인거다.
2. 회로의 원리
도선과 전지와 전구(저항)로 이루어진 닫힌 회로가 있을 때, 전자들이 이동하면서 전지를 통과하며 전지로 부터 에너지를 얻는다. 그래서 전지의 양 끝의 전하들의 전위차가 생긴다. (에너지를 받은 쪽과 아직 받지 못한 쪽)
무튼, 에너지를 받은 애들은 전구 쪽으로 가서 이 위치에너지를 열에너지로 전환시키며 에너지를 발산하고, 전구에 불이켜진다. 이 때, 전구는 에너지를 흡수한다.
전구를 통과한 전하는 다시 전위가 낮아진다. 그리고 또 전지를 통과하며 전위가 높아지고 ....하다가,
전지의 에너지가 더 이상 없으면, 전위차도 없어진다.(즉, 물이 폭포에서 쏟아져 내리다가 잔잔하고 평평한 강가로 이동한 느낌)
전위차가 없어지면, 전하들도 이동하지 않는다. > 어찌보면 당연한 말,, 에너지가 없는데 어떻게 움직이나?
이 말이 바로, 전압이 없으면 전류도 없다는 말이다.
wow.
3. 전지의 원리
1) 일단 전지의 -극은 아연으로 되어있고, 화학반응에 의해 전자가 남아 있는 상태라 -전기를 띤다.
전지의 +극은 탄소막대로 되어있고, 플러스 이온의 움직임으로 +전기를 띤다.
이 때, 전지의 내부는 화학적으로 평형 상태이다.(+극의 +전기와 -극의 -전기는 항상 pair로 생성된다)
2)이 전지의 양쪽에 각각 도선을 연결해보자( 이 도선들이 서로 연결되어 있지는 않다, 즉 전기는 흐르지 않는다.)
<전지의 +극 >
도선의 전자들이 +전기에 이끌려(흡인력) +극 부근으로 이동한다.
<전지의 -극>
도선의 전자들이 -전기의 반발력으로 인해 도선 끝으로 이동한다.
이 결과, -극 쪽 도선 끝은 -전기(잉여전자)를 띠고, +극 쪽 도선 끝은 +전기(전자의 결핍)를 띤다.
3) 도선에 저항을 연결해보자.
*여기서 저항의 원리에 대해 간단히 알아보자면,
이동하는 전자들이 금속(저항) 내부에 있는 원자들과 부딫히는 것이 저항이다.
그러므로, 금속 내에 자유전자들이 적을 수록 원자들과 부딫힐 가능성이 높다. (저항이 높은 금속들)
*
다시 되돌아 와서,
+전기를 띤 도선 쪽에서는 , 저항 내에 있는 자유전자들이 흡인력으로 인해 전지의 +극 부근으로 이동한다.
-전기를 띤 도선 쪽에서는, 저항 내에 있는 자유전자들이 반발력으로 인해 저항쪽으로 이동한다.
결국, 전지의 +극 에서는 이동해온 전자들과 플러스 이온끼리 중화되고, -극에서는 전자들이 계속 빠져나간다. 이로인해, 전지 내부의 화학평형이 깨지게 되어서?? 전지 내부에서 전자와 플러스 이온을 재생성한다. 재생성을 더이상 못하면 그게 폐건전지?
4. 전기를 옮기는 것.
1) 전자 : (-)전하를 옮긴다
2) 홀 : (+)전하를 옮긴다
3) 이온 : (-),(+)전하를 옮긴다
*실제로 홀, 양전하는 존재하지 않는다.
5. 전류의 방향과 전자의 이동방향
전자의 이동방향은 (-)극에서 (+)극이다. > 반발력 때문
전류의 방향은 전자를 발견 못했던 때라 플러스 이온의 이동방향을 따서 정했기에, 전자의 이동방향과 반대이다.
과학 현상이란건 그냥 받아들이지 않고 의문을 가지기 시작하면 정말 끝도 없는 것 같다.
다행히 괜찮은 책을 발견해서 읽어보았고, 내 생각을 정리하기 위해 그 책의 내용을 요약해서 이 글을 써본다.
출처 <일러스트로 보는 기초전기전자> 저자: 이태원 임양구 정주윤
1. 전압이란 뭔가?
전압을 사전에 찾아보면 "~~~전위차"라고들 나온다.
약 2년 전에 전압이 뭔지 호기심에 찾아보았건만 사전에서부터 어려운 단어들 투성이니...이거 이해를 하라는 건지 말라는건지 싶었다.
전위라는 것은 전기적위치에너지의 줄임말이다.
전기적 위치에너지가 진짜 "높이"를 말하는 건 아니고, 에너지를 많이 갖고 있는 상태면 전기적위치에너지가 크다 라고 한다.
전압은 이 전기적위치에너지의 차이를 얘기한다.
예를 들어 전압이 10V라고 한다면, 양 극의 전위차가 10V라는 것이다. 여기서 V란 전압의 단위인데, J/C을 말한다. 여기서 J/C이란, J은 에너지의 단위이고, C은 1A의 전류가 1초간 흐를 때 이동하는 전하의 양이다. 즉, 1C의 전자가 움직일 때 필요한 에너지의 양을 전압이라고 할 수 있다.
결국, 전압은 에너지의 양인건데, 그 양이 어느정도 냐면 양 극의 전위값(쉽게 말하자면, 에너지 값)의 차이 인거다.
2. 회로의 원리
도선과 전지와 전구(저항)로 이루어진 닫힌 회로가 있을 때, 전자들이 이동하면서 전지를 통과하며 전지로 부터 에너지를 얻는다. 그래서 전지의 양 끝의 전하들의 전위차가 생긴다. (에너지를 받은 쪽과 아직 받지 못한 쪽)
무튼, 에너지를 받은 애들은 전구 쪽으로 가서 이 위치에너지를 열에너지로 전환시키며 에너지를 발산하고, 전구에 불이켜진다. 이 때, 전구는 에너지를 흡수한다.
전구를 통과한 전하는 다시 전위가 낮아진다. 그리고 또 전지를 통과하며 전위가 높아지고 ....하다가,
전지의 에너지가 더 이상 없으면, 전위차도 없어진다.(즉, 물이 폭포에서 쏟아져 내리다가 잔잔하고 평평한 강가로 이동한 느낌)
전위차가 없어지면, 전하들도 이동하지 않는다. > 어찌보면 당연한 말,, 에너지가 없는데 어떻게 움직이나?
이 말이 바로, 전압이 없으면 전류도 없다는 말이다.
wow.
3. 전지의 원리
1) 일단 전지의 -극은 아연으로 되어있고, 화학반응에 의해 전자가 남아 있는 상태라 -전기를 띤다.
전지의 +극은 탄소막대로 되어있고, 플러스 이온의 움직임으로 +전기를 띤다.
이 때, 전지의 내부는 화학적으로 평형 상태이다.(+극의 +전기와 -극의 -전기는 항상 pair로 생성된다)
2)이 전지의 양쪽에 각각 도선을 연결해보자( 이 도선들이 서로 연결되어 있지는 않다, 즉 전기는 흐르지 않는다.)
<전지의 +극 >
도선의 전자들이 +전기에 이끌려(흡인력) +극 부근으로 이동한다.
<전지의 -극>
도선의 전자들이 -전기의 반발력으로 인해 도선 끝으로 이동한다.
이 결과, -극 쪽 도선 끝은 -전기(잉여전자)를 띠고, +극 쪽 도선 끝은 +전기(전자의 결핍)를 띤다.
3) 도선에 저항을 연결해보자.
*여기서 저항의 원리에 대해 간단히 알아보자면,
이동하는 전자들이 금속(저항) 내부에 있는 원자들과 부딫히는 것이 저항이다.
그러므로, 금속 내에 자유전자들이 적을 수록 원자들과 부딫힐 가능성이 높다. (저항이 높은 금속들)
*
다시 되돌아 와서,
+전기를 띤 도선 쪽에서는 , 저항 내에 있는 자유전자들이 흡인력으로 인해 전지의 +극 부근으로 이동한다.
-전기를 띤 도선 쪽에서는, 저항 내에 있는 자유전자들이 반발력으로 인해 저항쪽으로 이동한다.
결국, 전지의 +극 에서는 이동해온 전자들과 플러스 이온끼리 중화되고, -극에서는 전자들이 계속 빠져나간다. 이로인해, 전지 내부의 화학평형이 깨지게 되어서?? 전지 내부에서 전자와 플러스 이온을 재생성한다. 재생성을 더이상 못하면 그게 폐건전지?
4. 전기를 옮기는 것.
1) 전자 : (-)전하를 옮긴다
2) 홀 : (+)전하를 옮긴다
3) 이온 : (-),(+)전하를 옮긴다
*실제로 홀, 양전하는 존재하지 않는다.
5. 전류의 방향과 전자의 이동방향
전자의 이동방향은 (-)극에서 (+)극이다. > 반발력 때문
전류의 방향은 전자를 발견 못했던 때라 플러스 이온의 이동방향을 따서 정했기에, 전자의 이동방향과 반대이다.
댓글
댓글 쓰기