전기 없이 살 수 있다고요? 한번 해보시죠
우리에게 가장 큰 영향을 미치는 자연계의 힘은 무엇일까?
우리가 지구에서 떨어지지 않고 붙어있게 하는 중력이라고 대부분 답하겠지만,
사실은 전자기력 힘의 영향이 인간에게는 더 크다.
육체를 움직이는 전기적작용부터 사람들과 소통하는 핸드폰, 인터넷까지.
인류는 전자기력을 자유롭게 컨트롤하게 되면서 찬란한 문명을 꽃피웠다.
회로이론은 이러한 전자기력을 컨트롤하기위한 기초를 배운다.
전기 현상의 근원
원자핵의 주위를 돌고있는 전자가 이리저리 옮겨다닐 때,
전하라는 가상의 물질이 생긴다.
전하는 전자, 양성자라는 걸 모를 때 정의되었다.
단순하게 거시세계에서의 질량이라고 보는게 좋다.
전기 현상의 근원은 전하이다.
같은 종류의 전하끼리는 서로 밀고, 다른 종류의 전하끼리는 서로 당기는데
그걸 쿨롱의 힘이라한다.
그 힘에 의해 전하는 움직이고, 자기장이 형성되어 모든 전기 현상이 일어난다.
이 전기 현상을 이용한 것 중 가장 기초가 되는게 전기회로이다.
전기회로
전기회로는 건전지, 전구 등의 회로 소자와 선들로 이루어져있다.
아래처럼 그림으로 나타내는데, 어려워할 것 없다.
결국에 알고자 하는건 "전기의 상태"이다.
참고로, 소자와 소자가 연결된 작은 동그라미를 "노드"라고 한다.
전기의 상태
전기의 상태를 안다는 건 아래 2가지를 안다는 뜻이다.
1. 전압
2. 전류
소자와 소자의 연결상태가 우리에게 주어지면,
전기의 상태값(전압, 전류)이 포함된 연립방정식을 세워서 그 값들 구하면 된다.
전압, 전류
전압:
회로의 어떤 지점의 기준 지점에 대한 상대적인 전기적 높이.
1쿨롱의 전하를 기준 지점에서 어떤 지점까지 옮기는데 필요한 에너지의 크기로 정의한다.
전류:
회로의 어떤 지점을 통과하여 흐르고 있는 전하의 흐름의 크기.
초당 통과하는 전하의 크기로 정의한다.
뭔말인지 이해가 안되는게 정상이다.
전압과 전류는 전자기가 어떻게 움직이는지를 쿨롱의 힘만으로 표현하기 어려워서 만들어진 개념이다.
추상적이지만 편리해서 만든 개념이다.
그래서 물리적인 의미에 대해서는 전자기학을 배우면서 천천히 고민하면 되는 문제이고,
회로이론을 배울 때 만큼은 저런 상태값을 구하는 방법만 익히면 된다.
상태값 구하는 방법을 알면 되니까 쉽게 정의내려보자. (광쌤이라는 유튜버쌤이 진짜 쉽게 정의해줬음)
전압 = 용돈
전류 = 나
회로 = 골목길
저항 = 동네깡패
아래 그림을 보자.
내가 골목길에 있다.
A에서 출발해서 B에 도착한다.
그 사이에 동네깡패가 있다.
내가 용돈 5V를 가지고 있는데, 사진을 보면 +에서 -가 되고 3V의 돈을 뜯는다고 나와있다.
그러면 B지점에서의 나는 2V의 용돈만 남은 상태이다.
2A는 전류의 양이다.
즉, 나와 친구들이 몇명인지 나타낸다.
전력
P = VI
전력 = 전압 X 전류
한명 당 뜯는 돈의 수 X 나와 내 친구들의 인원수
하면 뭐가 나올까?
그 깡패의 전체 뜯은 돈이 나온다.
그걸 전력이라고 정의했다.
전기의 힘(력)이니까 스피커의 음량이나 전구의 밝기 등의 지표로 볼 수도 있겠다.
수동부호규약
이렇게 회로를 분석할 때는 부호가 굉장히 중요하다.
깡패한테 용돈을 뜯긴건지, 엄마한테 용돈을 받은건지는 중요하기 때문이다.
그래서 수동부호규약이라는 약속을 만들었다.
전류가 소자(깡패 또는 엄마)를 처음 만나는 부분은 +, 나가는 부분을 -로 두기로 하였다.
소자의 종류
1. 전원 (= 엄마)
2. 저항 (또는 레지스터) (= 깡패)
3. 커패시터 (= 전기장 통장 (저장하거나 방출할 수 있음))
4. 인덕터 (= 자기장 통장)
5. 그 외 반도체 소자들. (다이오드, 트랜지스터 등)
반도체 소자를 내가 회로이론을 배울 때는 다루지 않는다.
그래도 회로이론에 쓰이는 풀이 기법들이 그대로 쓰이니 풀이 기법을 잘 익혀두자.