3. '전위'의 의미, 전위차와 상전압, 선간전압

3. '전위'의 의미, 전위차와 상전압, 선간전압

앞에서 봤듯이 물질을 아주 작게 쪼개면 원자가 되고, 원자는 양성자와 음성자(전자)로 이루어져 있다.
평소 원자는 양성자와 음성자의 숫자가 같아서 중성상태이다.
그러나 외부에 힘에 의해 전자를 얻거나 잃는 '대전'이 이루어지면
양성자와 음성자 숫자가 달라지면서 양전하와 음전하가 되었다.
두 개의 전하가 존재하면 둘 사이에는 전기적인 힘(전기력)이 생길 수 있고
그 힘이 전기기구를 동작시킬 수 있었다.
yyxx.tistory.com/108?category=1105110

2. '전하'는 전기기구를 동작시키는 힘을 가지고 있다.

앞의 내용을 토대로 전위와 전위차에 대해 알아보자.

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1. '전위'의 의미
2. '전위차'란?
3. 전위와 전위차 예시)상전압, 선간전압

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1. '전위'의 의미

두 전하가 존재하면 둘 사이에는 전기적인 힘(전기력)이 생성된다.

전하(Q1,Q2) 거리:r

위의 그림처럼 두 전하 사이의 거리가 r일 때 두 전하 사이에 생기는 전기력(F)는 아래와 같다.

두 전하 사이의 전기력(F)

두 전하 중 한 전하의 전하량을 1[C]이라고 해보자.
1[C]의 전하와 Q전하 사이에 힘이 전혀 작용하지 않게 하려면
1[C]의 전하를 Q전하에게서 얼마나 떨어트려야 할까?

전하와 단위전하 사이의 거리가 무한대

전기력(F) 공식에서 수학적으로 확인하면 거리(r)가 무한대에 있으면 둘 사이의 힘이 '0'이 된다.

두 전하사이의 거리가 무한대면 전기력은 0

이때 1[C]이 위치한 곳을 '영전위 기준점'이라고 하며 둘 사이에 힘이 작용하지 않으므로 0[V]이다.
( [V]볼트는 1[C]쿨롱의 전하를 1[J]만큼 옮기는데 소모한 에너지의 단위이다. [V] = [J/C] )

전하와 단위전하 사이에 힘이 미치지 않는 영전위 기준점

만약 어떤 외부에너지를 이용해서 1[C]의 전하를 Q전하 가까이 옮기게 되면 그 때부터 둘 사이에는 전위(전기적 위치 에너지)가 생긴다.

두 전하가 가까워지면서 전기력(F)이 생김

외부에너지를 3[V]크기로 주면 3[V]만큼 Q전하에 가까워지므로 3[V]가 된다.
외부에너지를 10[V]크기로 주면 10[V]만큼 Q전하에 가까워진다.
10[V]로 만들어 놓은 전기력은 에너지를 소비할수록 점점 감소하다가 모두 소비하면 결국 '영전위 기준점'으로 돌아간다.


이렇게 '영전위 기준점'으로부터 힘을 주어 다른 전하에 1[C]의 전하를 얼마나 가깝게 전하를 두었냐가 '전기적 위치 에너지'(전위)이다.
'영전위 기준점'은 전위에서 필수적인 요소로 기준점이므로 변하지 않아야 한다.
그래서 우리는 '지구'를 영전위 기준점으로 사용한다.
(지구 = Earth = Ground = 대지)

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2. '전위차'란?

아래와 같이 두 지점에 전하가 존재한다고 해보자.

전위차

두 점의 전하는 각각 '영전위 기준점'으로 측정되는 전기적위치에너지(전위)를 가지고 있다.
그러면 이 때의 전위차는 1[C]의 단위전하를 A점에서 B점까지 옮기는데 필요한 일과 같다.
두 전하간의 에너지 차이 비교이므로 상대적인 에너지 값이다.

전위가 '영전위 기준점'인 Ground(접지)를 기준으로 측정되는 절대적인 에너지라면
전위차는 두 지점 사이의 전위차이로 상대적인 에너지를 말한다.

전위와 전위차의 차이

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3. 전위와 전위차 예시)상전압, 선간전압

상전압은 '전위'이다.
선간전압은 '전위차'이다.

아래의 Y결선에 3상 전원이 흐르는 선로를 봐보자.

상전압과 선간전압, 전위와 전위차

여기서 상전압은 V(A), V(B), V(C) 이다.
대지(영전위 기준점)에서 한 점까지의 전압을 측정하므로 절대적인 에너지인 '전위'라고 할 수 있다.

선간전압은 V(AB), V(BC), V(CA) 이다.
접지가 아닌, 선끼리의 상대적 전압을 측정하고 있으므로 '전위차'라고 할 수 있다.