1. '저항(Resistor)'과 '오옴의 법칙(Ohm's Law)'

1. 저항(Resistor)과 오옴의 법칙(Ohm's Law)

전기회로에서 R(저항), L(인덕터), C(커패시터)에 대해 아는 것은 중요하다.
이 중 가장 직관적으로 이해하기 쉬운 소자 'R(저항)'에 대해 알아보고
실무에서 '오옴의 법칙'이 구하고자 하는 게 무엇인지 생각해보자.

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1. 전기저항(Resistor) 이란?
2. 오옴의 법칙(Ohm's Law) 이란?

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1. 전기저항(Resistor) 이란?

전기저항이란
물체에 전류가 흐를 때 이 전류의 흐름을 방해하는 요소를 저항이라고 한다.

아래와 같이 도체가 있다고 해보자.

도체 안의 원자와 전자

도체 안에는 원자도 있고 전자도 있다. 여기에 배터리(전원)를 연결시키면 전원의 힘을 받아서 전자가 이동하기 시작한다. 이때의 전자의 이동을 전류라고 한다.

도체에 전원을 연결하면 전자가 움직인다. 이때 손실(열) 발생

그런데 전자가 이동하면서 도체내부의 여기저기를 부딪히며 가게 된다.
전자가 여기저기 부딪히면서 열이 발생하는데 이 열이 전기에서의 손실이다.
전기저항은 전류가 잘 못 흐르도록 하는 역할을 한다. 전기저항으로 인해 전자의 부딪힘이 많아지면서 열이 발생한다. 그러므로 전기저항을 손실이 발생하는 소자라고 할 수 있다.


저항은 아래와 같이 표현할 수 있다.

저항은 도체의 길이와 저항률에 비례하고 도체의 면적에 반비례 한다

저항 R = ρ x (l/A)
( l = 도체의 길이, A = 도체의 면적, ρ = 저항률(도체가 가지고 있는 고유특성) )

-> 도체의 길이(l)가 길수록 전자가 지나가면서 많이 부딪히니까 저항이 크다.
도체의 면적(A)이 넓을수록 전자가 덜 부딪히니까 저항이 작다.
저항률(ρ)이 큰 도체일수록 저항이 크다.

참고로 연동선의 저항률은 1.72 [µΩ · cm], 알루미늄의 저항률은 2.82 [µΩ · cm] 이다.

전선의 재료로는 주로 구리나 알루미늄이 많이 쓰인다.
구리선은 연동선과 경동선으로 나눠지는데 가장 많이 쓰이고
알루미늄은 구리보다 저항률이 안 좋아서 손실이 크지만 특수한 목적으로 사용한다.
예를 들면 철탑에 올려져 있는 전선은 무게를 많이 줄일 필요가 있어서 구리선 대신 알루미늄선을 사용한다.


전기저항은 열에 많은 영향을 받는다.
회로에 전기저항이 있을 때 상온일 때와 고온일 때 저항이 다르게 측정될 수 있다.
보통은 온도가 올라갈수록 저항이 높아진다.
전선의 재료에 따라 온도에 따라 올라가는 정도는 달라지는데
우리가 주로 사용하는 구리선 역시 온도가 올라가면 저항이 조금 증가하게 된다.

전선의 온도는 여름이 되어 날씨가 더워지면 상승하기도 하고 전기회로가 어디에 갇혀있을 때 상승할 수 있다.
또한 전선으로 전기가 흐르고 있을 때 전자의 부딪힘에 의한 손실(열)에 의해 온도가 상승하고 이런 부작용으로 저항률이 커지면서 손실이 더더욱 커질 수도 있다.
이런 여러가지 상황을 고려하여 전선을 선정하고 전선이 있는 환경을 쾌적하게 해줘야 한다.

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2. 오옴의 법칙(Ohm's Law) 이란?

오옴의 법칙이란

오옴의 법칙

전류(I)의 흐름은 전압(V)의 크기에 비례하고 저항(R)이 반비례함을 나타내는 공식이다.

회로의 전압, 전류, 저항

공식에 의해 전압, 전류, 저항 중 두 가지 값만 알고 있으면 나머지 한 값을 구할 수 있다.

오옴의 법칙을 쉽게 이해하기 위해 물에 비유하는 경우가 많다.
전압을 물의 세기
전류는 물의 흐름
저항은 물의 흐름을 방해하는 것
이라고 본다.

수압이 세지면 (전압이 세지면)
물이 빨리 흘러간다 = 단위시간당 통과하는 물의 양이 많아진다.(전류가 많이 흐른다.)

물의 흐름 방해가 많아지면 (저항이 커지면)
물의 흐름이 적어진다. (전류의 흐름이 억제된다.)




그렇다면 실무에서 오옴의 법칙이 구하고자 하는 건 무엇일까?
바로 '전류(I)'이다.

위에 있던 회로를 아래와 같이 표현하면 실무에서 보는 전력계통과 비슷하다.

전압원이 부하에 전류를 공급

발전기에서 만들어진 전압(V)이 병렬로 연결된 여러 부하에 전류를 공급하게 된다.

여러 부하라고 하면 에어컨, TV, 컴퓨터 등을 예로 들 수 있다.
이런 부하들을 껐다 켰다 함에 따라서 합성저항 값이 달라지게 된다.

전압원시스템에서 부하의 변화에 따라 전류가 달라진다.

그리고 중요하게 알아야 할 것은 우리가 사용하는 전력계통이 99% '전압원 시스템'이라는 사실이다.
'전압원 시스템'이라고 하면 전압이 일정한 시스템이다.
전기제품들을 껐다 켜면서 부하(저항)값이 변함에 따라 어느 정도 흔들림은 있지만
220V, 380V와 같이 일정한 전압을 유지하기 위해 노력한다.

이렇게 전압이 일정하게 유지되는 상태에서 병렬로 연결된 부하를 껐다 켜면 전류에는 어떤 변화가 있을까?
저항이 직렬로 연결된 경우에는 저항(부하)이 늘어날수록 저항 합성값이 증가해서 I=V/R에 V가 일정한데 R이 증가하니까 전류(I)가 감소하게 된다.
그러나 부하는 병렬로 연결되어 있으므로 저항(부하)이 늘어날수록 저항 합성값이 감소해서 I=V/R에서 V가 일정한데 R이 감소하니까 전류(I)가 증가하게 된다.

병렬 부하가 증가함에따라 합성저항이 감소하여 전류가 증가한다.

직렬저항의 합성값은 아래와 같이 구할 수 있다.

직렬 저항 합성

병렬저항의 합성값은 아래와 같이 구할 수 있다. 병렬저항은 저항이 늘어날수록 합성저항값이 작아진다.

병렬 저항 합성, 부하가 늘어나면 합성저항이 줄어든다.

그래서 실무에서 전류의 값으로 전력계통의 상태를 파악할 수 있다.