#6 - 실제 회로에서 전압과 전류 : 전류는 일정해도 전압은 다르다?

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전자가 저항을 뚫고 지나가려면 에너지가 필요합니다. 그래서 저항이 있는 회로의 두 지점 사이에는 반드시 에너지가 소비되면서 전압이 나타나게(혹은 전압이 '떨어지게') 됩니다.여기서 아주 중요한 포인트가 있습니다. 이런 단순한 회로에서 전류의 양(1초당 특정 지점을 통과하는 전자의 수)은 어디서나 일정합니다. 하지만 전압(단위 전하당 위치 에너지)은 구간별로 상당히 다를 수 있다는 점을 꼭 기억해야 합니다.

다음 회로를 예로 들어봅시다.회로의 네 지점을 각각 1, 2, 3, 4로 표시해 보겠습니다. 이때 1번과 2번 사이(전선)를 흐르는 전류의 양은 2번과 3번 사이(전구)를 통과하는 전류의 양과 정확히 똑같습니다. 마찬가지로 3번과 4번 사이의 전선, 그리고 1번과 4번 사이의 배터리를 지나는 전류 또한 모두 동일합니다.

하지만 전류의 양이 회로 전체에서 동일하다고 해도(단순 회로에서는 그렇습니다), 두 지점 사이에 걸리는 전압은 그 구간에 있는 '저항'의 크기에 비례하게 됩니다. 보통 전구의 저항은 연결된 전선의 저항보다 훨씬 큽니다. 따라서 우리는 전구가 있는 2번과 3번 사이에서 상당히 큰 전압을 보게 될 것입니다. 반면 저항이 거의 없는 전선 구간인 1번과 2번, 혹은 3번과 4번 사이에는 아주 미미한 전압만 걸리게 되죠. 물론, 배터리의 양극인 1번과 4번 사이의 전압은 배터리가 제공하는 전체 '힘'이 되며, 이는 전구 양쪽(2번과 3번)에 걸리는 전압보다 아주 약간 더 클 것입니다. (전선의 저항이 0은 아니니까요.)

이 원리를 다시 물 저장소 시스템에 비유해 보겠습니다.

2번과 3번 구간 (수차): 물이 떨어져 수차를 돌리며 에너지가 방출되는 곳입니다. 물이 수차를 통과할 때 저항을 겪기 때문에, 이 두 지점 사이에는 확실한 압력 차이가 존재합니다. 1-2번, 3-4번 구간 (파이프/저수지): 물이 저수지나 파이프를 통해 거의 저항 없이 자유롭게 흐르는 곳입니다. 여기서는 압력 차이가 거의 없거나 아예 없습니다. (소비되는 위치 에너지가 없음) 하지만 이 시스템이 연속적으로 이어져 있다면, 물의 흐름 속도(유량)는 어디에서나 동일합니다. (연못과 저수지의 수위가 일정하다고 가정할 때 말이죠.) 펌프를 지나는 물, 수차를 돌리는 물, 파이프를 흐르는 물 모두 흐르는 양은 같습니다. 단순 전기 회로도 이와 똑같습니다. 회로의 어느 지점을 보든 전자가 흐르는 속도(전류)는 같지만, 서로 다른 지점 사이의 전압(압력 차)은 저항에 따라 다를 수 있습니다.

[대부분의 이미지 출처 : Volume I - D.C.]

"이 글은 All About Circuits의 Textbook을 기반으로 공부하며 요약/정리한 글입니다. 원문의 라이선스 (CC BY-SA)를 따릅니다"