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전압과 전류

Part I 전기의기본요소

1Chapter

문제해결사

Charles Proteus Steinmetz(1865‐1 9 2 3 )는 수학, 전기및 화학에특별한천재였다.

그가전기공학분야에서이룩한세 개의큰 공헌으로는히스테리시스법칙의연구와

발견, 진행파이론을낳은조명에대한연구및 복소수가교류회로문제를푸는데이

용될수 있다는발견이다.

그는문제해결에천재적인소질을발휘하기도하였는데, 한번은어느누구도수

리할수 없는대규모시스템의고장을수리하는기술자로임명되는기회가있었다.

그는짧은시간동안고장상태와도면을파악한뒤에시스템의한 곳에× 표시를하

였다. 이런행동은고장을발견하였다는것을말하는것이다. 결과적으로그의지적이맞아회사임원들이안

심할수 있도록시스템은고쳐졌으나1 , 0 0 0달러의청구서를받았을때는달가워하지않았다. 그들이S t e i n m e t z

에게수리청구금액을항목별로명시해달라고하자, 그는표시하는데1달러와표시할장소를찾아내는데9 9 9

달러라고답변하였다.

이 일화가주는큰 메시지는1달러는육체적인노동의대가이고, 999달러는정신적인노동의대가라는것

을 암시해주는것으로, 왜사람은계속교육을받아야하는가를암시하는좋은예이다.

01장 1991.3.8 3:49 PM 페이지1

1 - 1 물질의 구조

지구나 지구 주위를 둘러싸고 있는 모든 물질은 고체, 액체 및 기체로 구분할 수 있

다. 현재 지구의 주위에는 총 107개의 다른 원소가 존재한다. 이 원소(element)라고 하

는 물질은 오직 한 형태의 원자(atom) 로 구성되어 있다. 즉, 모든 원소는 다른 원소로

부터 구별되는 자신만이 갖는 고유한 원자로 만들어 진다는 것이다. 이 원자는 정체성

의 손실 없이 나누어질 수 있는 가장 작은 단위이며, 이러한 원자 그룹을 원소라 한다.

1 - 1 - 1 원 자

“원자”란 매우 작아 더 작게는 분리할 수 없이 세분화된 소립자 (particle) 를 의미하

는 희랍어이다. 현재 우리는 원자를 명확하게 볼 수는 없지만 물리학자나 연구자들은

1개 원자의 직경을 약 10억 분의 12인치 정도의 작은 것으로 보고 있고, 이 이미지는

흰색 퍼지 볼 (white fuzzy ball) 과 같은 모양으로 표시하고 있다.

1913년 덴마크의 물리학자인 Neils Bohr는 원자에 관한 새로운 이론을 발표하였는

데, 그림 1-2와 같은 아원자(subatomic) 소립자에 대한 기존 모델로, 오늘날에도 사용

하고 있는 Bohr의 이론은 Lord Rutherford (1871–1937) 와 Max Planck (1858–1947) 의 핵

에너지 이론과 Albert Einstein(1879–1955) 의 빛에 대한 양자이론을 종합한 것이다.

원자는 양전하인 양자 (proton), 극성이 없는 중성자 ( n e u t r o n ) 와 음전하인 전

2─전압과 전류

이 교재를 시작하기 전에 다음과 같은 사항들을 명심해 주기 바란다.

진도를 나가는 동안 여러분은 모든 절마다 Example, SELF-TEST 및 연습문제 등

을 거치게 된다. 만약 특정한 절이나 예제에 대해 이해가 되지 않았다면 나가기

전에 앞서 배운 부분으로 돌아가 이해하지 못한 부분을 복습하여 전기에 관련되

는 기초사항을 확실히 이해하도록 해주기 바란다.

모든 내용은 앞부분에서 배운 내용과 연관되어 있으므로 진도를 나가기 전에 앞

장을 복습하면 기억이 새로워질 것이다. 이렇게 진행해 가면서 복습하는 것은 매

우 중요하므로 명심해주기 바란다.

여러분이 어떤 부분에 대해서 이해하고 있다고 생각해서 임의의 내용을 건너 뛰

는 것을 삼가해 주기 바란다. 문제점이 없다고 생각되는 기본사항이라도 확실히

이해해야만 다음 장에서 더욱 복잡한 문제를 해결할 수 있기 때문이다.

이 장에서는 전기전자공학에서 가장 작으면서도 중요한 전자(electron) 에 대한

것이다. 전자와 원자를 잘 이해해야만 4가지 전기량인 전압, 전류, 저항 및 전력에

대해 이해할 수 있다. 또한, 물질의 구조, 전압과 전류의 전기적인 양, 도체와 절

연체의 차이점에 대해서도 공부하게 된다.

Introduction

전자

음전하의 가장 작은 아원자

소립자로 원자핵 주위의 궤

도에 있다.

전압(V 또는E)

전류가 흐를 수 있도록 하는

전기적인 압력이나 힘을 나

타내는 용어

전류

amperes 또는 a m p s로 측정

되며 도체를 통과하는 전자

의 흐름

저항

기호는 R, 단위는 이다. 열

형태로 에너지를 방사시켜

전류의 흐름을 방해한다.

전력

단위시간(보통은 초)당 회로

나 소자에 의해 변환되는 에

너지의 양으로 [ j o u l s / s e c ]로

표시한다.

원소

지구상에존재하는자연상태

의 아원자 또는 소자로 1 0 7

종이 있으며 기체, 액체, 고

체로 분류할 수 있다.

원자

원소의 가장 작은 소립자

아원자

원자보다작은 전자, 양자및

중성자 같은 소립자

01장 1991.3.8 3:49 PM 페이지2

자 (electron)등 3개의 입자로 구성되어 있다. 그림 1-2와 같이 원자는 양자와 중성자

로 구성된 양극성을 띤 핵 (nucleus) 이 중앙에, 이 핵의 주위를 음극성을 띠며 일정 궤

도를 돌고 있는 전자에 둘러싸여 있다.

표 1 - 1은 원소를 원자번호 순으로 표시한 주기율표이다. 원자의 원자번호( a t o m i c

number)는 핵에 존재하는 양자의 수에 따라 정해진다.

양자와 중성자는 전자보다 매우 작지만 중량은 약 2,000배 정도로 무겁기 때문에 경

우에 따라서는 전자의 질량을 무시하기도 한다. 표 1-1에서 원자번호는 원자핵에 있는

양자와 중성자의 수이다. 예로, 그림 1-3(a) 과 같은 수소의 경우 원자번호는 모든 원

자 중에서 제일 작은 수인 1이므로 핵에 한 개의 양자가 존재한다. 그러나 헬륨의 경

우에 원자번호는 2로 핵 내에는 2개의 양자가 존재하는 것을 알 수 있다. 그러나 그림

1-3 (b) 과 같이 헬륨의 원자량(atomic weight) 은 4로, 2 개의 양자와 2개의 중성자가 핵

에 존재한다.

그러므로 원자핵 내에 있는 중성자의 수는 원자량에서 양자수인 원자번호를 뺀 값이 된

다. 예로, 그림 1-4 (a) 에서 베릴륨 원자는 원자번호와 원자량은 다음과 같이 계산한다.

베릴륨의 원자량에서 베릴륨의 양자수를 빼면 그림 1-4 (a) 와 같이 베릴륨 원자의 핵

베릴륨( B e )

원자번호: 4(양자)

원자량: 9(양자와 중성자)

1 - 1 물질의 구조─ 3

그림 1-1 (a) 원소: 여러 유사 원자, (b) 원자: 최소 단위

그림 1 - 2 원 자

양자

중성자

전자

핵

원자번호

원자핵에 있는 양전하 또는

양자의 수

원자량

원소에서중성자의상대적인

중량. 산소인 원자는 원자량

이 1 6이다.

전자는 노벨 물리학상을 받

은 프랑스의 물리학자 Jean

B a p t i s t e P e r r i n ( 1 8 7 0 – 1 9 4 2 )

에 의해 처음 발견되었다.

TIME LINE

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지3


표 1-1 원소의주기율표

원자번호 원소명 기 호 원자량전자수/셀

발견 연도 참 고K L M N O P Q

그림 1-3 (a) 수소 원자, (b) 헬륨 원자

원자번호

원자량

원자번호

원자량

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지4

에서 중성자의 수를 알 수 있다. 베릴륨과 같은 원자는 그림1-4(a) 와 같이 3차원 형태

로는 그릴 수가 없고, 그림 1-4(b) 와 같은 2차원 형태로 표시한다.

중성원자또는 평형원자 (balanced atom) 는 같은 수의 양자와 궤도전자를 가지고 있

다. 즉, 순수한 양전하와 이와는 반대로 순수한 음전하인 전자수가 같으므로 평형상태

또는 중성상태를 유지한다. 예로, 그림 1-5는 전기전자 분야에서 가장 많이 사용되는

금속재료인 구리로 원자번호는 29이다. 즉 평형상태인 경우에 29개의 양자와 29개의

1 - 1 물질의 구조─ 5

중성원자

같은 수의 양자와 전자로 평

행상태를 유지하고 있는 원

자

표 1-1 (계 속)

원자번호 a 원소명 기 호 원자량전자수/셀

발견 연도 참 고K L M N O P Q

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지5


그림 1 - 4 베릴륨원자

베릴륨(Be)

양자수=4

중성자수=9-4=5

양자 핵 4

1차 궤도 경로에

전자수 2

2차 궤도 경로에

전자수 2

양자수=4

원자번호

양자 4+중성자 5

원자량

그림 1 - 5 구리 원자

K각=전자수 2

L각=전자수 8

M각=전자수 1 8

N각=전자수 1

총=전자수 2 9

양자수 2 9

K각: 전자 2개

L각: 전자 8개

M각: 전자 1 8개

N각: 가전자 1개

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지6

전자가 존재한다.

궤도전자는 핵으로부터 임의로 떨어진 거리에서 핵의 주위를 돌고 있는데 이것을 각

(shell) 또는 대역(band) 이라 한다. 이때, 원자핵에 가장 가까이 있는 각을 K각, 두 번

째 각을 L각, 계속해서 M, N, O, P 그리고 Q각이라 한다. 그림 1-6과 같이 7개의 각

에서, 특정한 각에 존재할 수 있는 최대 전자수는 정해져 있다.

원자의 가장 외곽에 있는 전자의 각을 가전자대역(valence band) 또는 링(ring) 이라 하

며, 이 각에 있는 전자를 가전자(valence electrons) 라 한다. 구리의 경우에는 1개의 가

전자가 N각에 존재한다.

모든 물질은 고체, 액체 및 기체 중에 한 상태로 존재한다. 고체 원자는 원자 사이의

관계가 고정, 액체는 전후 운동 등의 진동으로 서로 섞어서 흐르는 상태이다. 기체 원

자는 어느 방향으로나 빠르게 움직이면서 충돌한다. 표 1-1의 오른쪽 줄은 해당 원소

의 고체, 액체 또는 기체 상태를 표시하고 있다.

1 - 1 - 2 흡인 및 반발의 법칙

원리를 이해하기 위해, 원자는 몇 개의 양과 음인 원자보다 작은 아원자 소립자 (suba-

tomic particle) 로 분리할 수 있다고 이론적으로 가정한다. 그림 1-7과 같이 분리된 양

자와 전자를 사용하여 몇 가지 실험을 한 결과 다음과 같은 현상을 알 수 있다.

1. 같은 극성 (양과 양 또는 음과 음) 은 서로 반발한다.

1 - 1 물질의 구조─ 7

그림 1 - 6 전자와각

안전한 최대 전자수

*각 안에 있는 최대 전자수는 주기율표에 있는 각에 따라 결정

핵또는또는 또는

또는

그림 1 - 7 흡인과반발 (a) ＋는＋에 반발, (b) －는 －에 반발, (c) 다른 극성은흡인

양자( + )

전자( - )

각 또는대역

공동 에너지 준위를 갖는 전

자의 그룹이 포함된 궤도경

로

가전자대역또는링

전자에 의해 형성된 가장 외

곽에 있는 대역

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지7

2. 다른 극성 (양과 음 또는 음과 양) 은 서로 흡인한다.

따라서 궤도상의 음전하인 전자는 양전하인 원자 핵을 흡인하므로 전자가 핵 안으로

들어갈 수 없는지의 의문이 생기게 되는데, 이는 크기는 같고 반대방향에 위치하기 때

문에 궤도상에서는 안정상태로 있게 된다. 즉, 전자에 가해지는 원심력과 극성이 다른

전하인 핵이 가해지는 구심력이 궤도상에서는 반작용상태이므로 평행상태를 유지하게

된다는 것이다.

핵으로부터 멀리 떨어진 외각에 있는 가전자는 원자에 대해 느슨한 결합상태를 유지

하고 있다. 이러한 전자는 외부에서 어떤 힘이 작용하게 되면 각에서 쉽게 이탈하는 자

유전자(free electron) 가 된다.

1 - 1 - 3 분 자

한 개의 원자는 자연 원소의 가장 작은 단위로서, 이 원소는 아주 많은 같은 종류의

원자로 구성된 물질이다. 이들 원소의 결합을 화합물(compound) 이라 하며, 화합물의

가장 작은 단위를 분자(molecule) 라 한다. 이때 원자는 분자를 구성하고 있는 원소의

가장 작은 단위이다. 그림 1-8은 원소가 원자로 이루어지는 방법과 화합물은 분자로 이

루어지는 것을 요약한 것이다.

한 예로, 물은 액체 화합물로서 이 분자 (H2O) 는 폭발성 기체인 수소와 활성 기체인

산소와의 결합이다. 식용소금도 비교적 강한 유해성 가스 원자인 염소와 잠재적인 폭


그림 1 - 8 (a) 원소는많은 원자로이루어진다. (b) 화합물은많은 분자로이루어진다.

원소 화합물

원자 분자

자유전자

핵 주위 임의의 궤도상에서

이탈한 전자

화합물

같은 종류의 원소로 구성된

물질

분자

화학적 특성을 가지고 있는

화합물의 가장 작은 단위

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지8

발성 고체 원자인 나트륨으로 만들어진 분자이다. 이와 같이 각각의 원자가 포함된 화

합물 중에 양쪽의 원자가 유해성이나 폭발성을 가지고 있지만, 물이나 소금과 같이 결

합하면 이들 물질은 안정적이거나 기본상태를 유지한다.

1 - 2 전 류

한 지점에서 다른 지점으로 전자가 이동하는 것을 전류 (electrical current) 라 한다.

열이나 빛의 에너지는 원자의 가전자대역에 있는 가전자를 핵의 구속으로부터 해방시

킨다. 전자가 한 번 해방되면 이 원자는 더 이상 전기적으로 중성이 아니며, 양자수가

전자보다 많아져 순수한 양전하인 양이온(positive ion) 이 된다. 이 해방된 전자는 근처

에 있는 원자로 들어가게 되어 이때 원자는 전자수가 양자수보다 많게 되고 이를 음이

온(negative ion) 이라 한다.

한 예로 한 지점에서 다른 지점으로 전자가 어떻게 이동하는가를 보기로 하자. 그림

1-9는 2개의 대전된 물체가 단선된 금속 도체의 경우이다. 이 금속 도체는 금, 은 또

는 동이건 관계없이 한 개의 공통된 특성으로 최외각에 있는 가전자는 결합력이 매우

약해 본래의 원자로부터 쉽게 이탈된다는 것이다.

그림 1-10에서, 2개 전하 사이에 도체가 연결되면 전류가 흐를 수 있는 경로가 생긴

다. 그림 1-10에서 오른쪽의 음이온은 양자보다 전자가 많고, 왼쪽의 양이온은 양자보

다 전자가 적다. 2개의 전하를 금속으로 연결하면 중성적인 상태로 되어 원자 자신의

상태가 된다.

1 - 2 전 류─ 9

SELF-TEST

1. 원소와 화합물과의 차이는?

2. 원자를 구성하는 3개 입자의 이름은?

3. 전자분야에서 가장 많이 사용되는 금속은?

4. 흡인과 반발의 법칙에 대해 설명하여라.

그림 1 - 9 양이온과음이온

양전하 또는 양이온

(양자가 전자보다 많다)

구리선 구리선

음전하 또는 음이온

(전자가 양자보다 많다)

양이온

한 개나 그 이상의 전자가없

어진 원자로, 양자가 전자보

다 많은 원자

음이온

전자가 중성일 때보다 많은

원자

양전하

정상(중성) 상태보다 전자가

적은 원자

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지9

음이온의 하나를 보기로 하자. 그림 1-10(a) 에서 오른쪽의 최외각에 있는 전자는 왼

쪽에 있는 양이온과 흡인력이 작용하고 음이온인 음전하(negative charge) 와는 반발력

이 작용할 것이다. 그림 1-10(b) 와 같이 같은 금속 도체에 있는 음이온 내의 전자는 자

기가 속해 있던 원자로부터는 멀어지고 왼쪽에 있는 인근의 원자로 이동하게 된다.

이 인접한 원자는 여분의 전자를 갖게 되어 음이온이 되고, 한편 전자가 반출된 원

래의 음이온은 중성이 되어 다른 인근의 원자에서부터 전자를 공급받는다. 즉, 이들 전

자에는 왼쪽으로는 있는 양이온에 의해 흡인력이, 음이온의 주위에서는 반발력이 작용

하기 때문이다.

금속도체 내에 있는 음이온의 전자는 양이온의 흡인력으로 인해 그림 1-10(c) 와 같

이 전자는 왼쪽으로 점프하여 인근 원자에 들어가게 된다. 이렇게 왼쪽 방향으로 이동

을 계속함으로써 오른쪽에서 왼쪽으로 전자가 흐르게 된다. 도체의 원자에 있는 수십

1 0─전압과 전류

그림 1 - 1 0 양전하와음전하의흡인력으로인한 전자의이동

음이온

음이온

음이온

음이온

중성원자

중성원자

중성원자

음전하

전자가 양자보다 많이 존재

하는 전하

아이러니컬하게쿨롬의 법칙

은 Charles A. de Coulomb

( 1 7 3 6 – 1 8 0 6 )이 아니라, 유

복한 과학자이며 철학자인

Henry Cavendish에 의해 발

견 되었 다 . Cavendish 는

C o u l o m b이 독자적으로발견

하기 몇 년 전에 이 법칙을

발견하였으나 발표를 하지

않았다 . 1 8 7 9년에 J a m e s

Clerk Maxwell이 C a v e n d i s h

의 실험 내용과 결론에 관한

과학노트를 발행한 후에 알

려지게 되었다. 그러나, 100

여 년이 지난 후라 쿨롬의이

름이 이 법칙에 자리를 잡은

후였다 . 많은 과학자들이

C a v e n d i s h의 법칙으로 부르

기를 요구하였으나, 나머지

과학자들은쿨롬이 과학계에

이 법칙을 신속히 발표했다

는 이유로 반대하였다.

TIME LINE

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지10

억 개의 전자는 오른쪽에서 왼쪽으로 계속 이동하게 되는데 이러한 현상을 전류(electric

current) 라 한다.

요약하면, 양전하와 음전하에 의해 발생되는 힘이나 압력은 전자를 －단자에서 ＋단

자로 흐름을 야기한다. 즉, ＋측은 전자의 결핍, －측은 전자의 충만으로 전자의 연속

적인 흐름이나 이동이 금속 도체를 통해 －단자와 ＋단자 사이에서 발생된다.

1 - 2 - 1 1초당 쿨롬

그림 1-11과 같이 1 쿨롬(c o u l o m b )의 전하에는 6.24×1018개의 전자가 존재한다. 이러

한 전하의 coulomb(Q로 정한다) 을 계산하기 위해서는 다음과 같은 공식을 사용한다.

여기서, Q는 쿨롬에서의 전하이다.

E x a m p l e

금속 도체에 총 3.75×1019개의 전자가 있다면 이 도체 내의 coulomb(C) 는?

S o l u t i o n

전하의 식을 사용하면 도체 내의 전하의 수를 계산할 수 있다.

따라서, 도체에는 총 6C 의 전하가 존재한다.

전하, Q＝

1 - 2 전 류─ 1 1

쿨롬의전하

전하의 단위 . 1쿨롬에는

6 . 2 4×1 01 8개의전자가존재

전류

Amperes 또는 a m p s로 측정

되며, 도체를 통과하는 전자

의 흐름.

그림 1 - 1 1 (a) 1 C의 전하, (b) 2 C의 전하

6 . 2 4×1 01 8개의 전자

＝1C의 전하

1 2 . 4 8×1 01 8개의 전자

＝2C의 전하

6.24×1018

전자의 총수 (n)

CA L C U L A T O R SE Q U E N C E

DisplayStep Keypad Entry Response

1 .

( E x p o n e n t ) 3 . 7 5 E 1 9

2 .

3 . 6 . 2 4 E 1 8

4 . 6 . 0 0 9 6

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지11

1-2-2 암페어

Coulomb은 전하의 정적(static) 인 양이다. 그러나 전기전자공학에서는 운동상태의 전

자에 관심이 더 많다. 즉, 단위시간당 흐르는 전자수의 비율로 전류 (I )가 흐르며 단위

는 암페어( A )이다. 정의에 의하면 6.24×1018개의 전자 (1 C) 가 1초 동안에 도체의 한

점을 통과할 때 1 A의 전류가 흐른다. 공식으로 표시하면 다음과 같다.

1 A〓1초당 1C,

1 A〓1C1 s

요약하면, 1 A는 1초당 1C 의 흐름 비이고, 전류의 단위는 A이다.

E x a m p l e

5×1019개의 전자가 4s 동안에 도체 내의 한 점을 통과하였다면 전류 [A]는?

S o l u t i o n

I〓Q/t이므로 우선 전자를 쿨롬으로 바꾼다.

따라서, 전체 전류를 계산하기 위해, 공식을 이용하여 계산

하면 다음과 같다.

즉, 2 A 또는 1.248×1019개 전자 (2 C)가 매초당 도체의 한

지점을 통과하는 것을 의미한다.

1 - 2 - 3 전류의 단위

전자장비에서 전류는 보통 수 mA 또는 A 정도로 1A를 넘는 경우는 거의 없다. 표 1 -

2는 전류의 크기에 관한 접두어이다. 예로, 1 m A는 1A 의 1 / 1 , 0 0 0이며, 이는 1A 를 1 , 0 0 0

으로 나누었을 경우 1에 해당되는 것을 의미하는 것으로 1 , 0 0 0분의 1이라는 의미이다.

전류 (I) ＝



시간 (t)

쿨롬(Q)


1 . ( e x p o n e n t ) 5 E 1 9

2 .

3 . 6 . 2 4 E 1 8

4 . 8 . 0 1 2

5 .

6 . 2 . 0 0 3

7 . 2 . 0 0 3

전류의 단위인 암페어는 전

자기 연구의 선구자인 프랑

스 의 물 리 학 자 A n d r e

Ampere (1775–1835)의 업적

을 기리기 위해 명명된 것이

다. 그는 Hans Orestad의 발

견을 청취한 후 계속 실험을

한 결과 자석과 같은 2개의

전도체 사이에는 흡인하고

반발한다는현상을 발견하였

다.

TIME LINE

정적

주위에서발생되는전기충격

이나 전자장비에 의해 수신

기에 끊어지는 소음이 들리

는 현상

암페어( A )

전류의 단위

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지12

E x a m p l e

다음을 변환하여라.

a.0.003 A〓 mA

b.0.07mA 〓 A

c.7333 mA〓 A

d.1275 A〓 mA

S o l u t i o n

a. 0.003 A〓 mA. 이 예제에서 0.003 A는 mA로 바꾸어 표시할 수 있다.

기본적인 대수법칙을 이용하면 양쪽 어느 것을 사용해도 같은 값이 된다.

이 예제에서는 오른쪽 곱은 10 3으로 1,000배를 감소시키려는 것이고, 오른쪽에서

이 값에 맞추기 위해서는 1,000배를 증가해야 한다. 즉, 소수점을 오른쪽으로 3자

리 이동해야 한다. 따라서

0.003 100 3 10 3

또는

0.003 A 3 10 3 A 또는 3 mA

b.0.07mA A. 이 예제에서는 단위를 mA(10 3) 에서 A(10 6) 로 또는

1 - 2 전 류─ 1 3

표 1 - 2 전류 단위

이 름 부 호 값

왼쪽 오른쪽

기본값 승수 기본값 승수

0.003 100 10 3

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지13

1,000배 작게 하려는 것으로, 수는 1,000배 커지게 된다.

또는

따라서 0.07mA 70 A.

c. 7333mA A. 이 예제에서는 단위를 mA에서 A로 1,000배 증가시키려

는 것으로 이에 따라 숫자는 1,000배 감소한다.

또는

따라서 7333mA 7.333 A이다.

d.1275 A mA. 이 예제에서는 단위를 A에서 mA로 1,000배 증가시

키려는 것으로 이에 따라 숫자는 1,000배 감소한다.

또는

따라서 1275 A = 1.275mA이다.

1 - 2 - 4 관습적인 방법과 전자의 흐름

그림 1-12와 같이 전자는 음전하에서 양전하로 이동되는 전자의흐름(electron flow) 이

라는 것은 이미 알고 있다.

17, 8세기 원자에 대해 거의 모르고 있던 시절에 과학자들은 전류를 양전하의 흐름

으로 알고 있었다. 지금은 이러한 내용이 틀리는 것으로 규명되었으나 많은 책에서는

그림 1-13과 같이 관습적인전류의흐름(conventional electron flow) 을 사용하고 있는 실

정이다.

관습적인 전류의 흐름 또는 전자의 흐름을 사용하든 간에 문제 풀이, 측정 그리고 설

계 등에 대한 결과는 같다. 중요한 것은 방향이 아니라 전류의 양이다. 본 교재에서는

전자의 흐름에 대해 필요할 때마다 이 관계를 지적하도록 하겠다. 즉, 관습적인 방법을

사용하고 싶은 경우에는 화살표의 방향을 역으로 할 것이나, 혼란을 피하기 위해 흐름

의 방향을 일관되게 할 계획이다.


전자의흐름

양극 단자를 향한 자유전자

의 이동에 의해 발생되는 전

류

관습적인전류의흐름

음극 단자를 향한 양전하의

이동에 의해 발생되는 전류

그림 1 - 1 2 전류의흐름

구리선

전구

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지14

1 - 2 - 5 전류의 측정법

전류계(Ammeter) 는 회로에 흐르는 전류를 측정하는 데 사용된다. 그림 1-14는 전류

계를 사용하여 회로에 흐르는 전류를 측정하는데 사용되는 방법을 설명한 것이다.

그림 1-14의 회로에서 ON/OFF 스위치는 소형 전구를 ON 또는 OFF 시키는 데 사용

된다. 회로에서 전선에 흐르는 전류를 측정하기 위해서는 선로를 개방한 다음 전류계

를 연결하여 전류를 측정한다.

1 -3 전 압

전압 (voltage) 은 전자에 가해지는 힘 또는 압력이다. 그림 1-15(a), (b) 에 두 가지의

경우를 설명하고 있는데, 그림 1-15(a) 는 고도로 축적된 양전하와 음전하 또는 전위에

구리선으로 각각 연결되어 있다. 이 경우 높은 전위 또는 전압차가 구리선의 전자에 가

해지게 된다. 이 힘 또는 전압이 가해지면 구리 원자에 있는 많은 양의 전자가 오른쪽

에서 왼쪽으로 이동한다. 한편, 그림 1-15(b)는 미약하게 축적된 적은 양의 양전하 또

는 음전하로 인해 미소 전압 또는 압력이 도체에 가해지게 된다. 이에 따라 미소 전류

가 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르게 된다.

1 - 3 전 압─ 1 5

그림 1 - 1 3 관습적인전류의흐름

전류 측정에 사용되는 검류

계는 전류에 관한 여러 가지

실 험 을 한 L u i g i

G a l v a n i (1737 – 1 7 9 8 )의 이름

에서 명명된 것으로 그 시절

에는 g a l v a n i s m으로 알려져

있었다.

TIME LINE

전류계

계기는 전류를 측정할 수 있

도록 경로상에 배치한다.

SELF-TEST

1. 전류의 단위는?

2. Coulomb과 시간과의 관계를 이용하여 전류를 설명하여라.

3. 관습적인 방법과 전자 흐름과의 차이점은?

4. 전류를 측정하는 데 사용하는 기기는?

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지15


그림 1 - 1 4 전류계사용법

1. 전원 스위치를 개방하여 전원

을 차단시킨다.6. 이 흑색 프로브를 회로에 연결

하면 전류계는 전류가 흐르는

회로의 경로에 있게 된다.

7. 회로에 전원이 가해지도록 전

원스위치를 O N한다.

8. 전류계에 표시된 값을 읽는다.

이때 측정되는 단위에 주의하

도록 한다.

2. 전류계에 프로브를 사용하여 회

로에 연결한다.

3. 디지털 멀티미터의 기능 스

위치를 A M P S ( A )로 선택한

다.

4. 예상되는 전류의 값에 따라 큰 전류이면 1 0A m p

에, 작은 전류이면 3 0 0m A의 입력단자에 적색 프

로브를 삽입한다. 일반적으로 전자회로에서는 적은

전류인 3 0 0mA 잭에, 전기회로에서는 큰 전류인

1 0A 잭을 사용한다. 주의: 회로의 +쪽에 적색 시험 프로브, -쪽에 흑색 시험

프로브를 연결한다. 반대로 연결하였다면 디지털

멀티미터는 -값으로 표시된다.

5. 흑색 시험 프로브는 공통

잭인 C O M에 삽입한다.

전구

음전하

양전하

스위치

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지16

요약하면, 고도로 축적된 전하는 고전압을 유기하고 미약하게 축적된 전하는 저전압

을유기한다. 전압은 전동력(electron moving force) 또는 기전력(electromotive force :

emf) 이라고도 하며, 2개의 반대되는 양전하와 음전하가 존재하는데 이 전압의 크기는

회로에 가해지는 전위차(potential difference: PD) 의 총량으로 표시되기도 한다. 비교

하여 말하면 그림 1-15(a) 는 고전압, 대 기전력 또는 큰 전위차인 반면 그림 1-15(b) 는

미소 전압, 소 기전력 또는 미소 전위차라 할 수 있다.

전압은 전자의 흐름 또는 전류로 인해 발생되는 힘, 압력, 전위차 또는 기전력으로

이탈리아 대문자인 V로 표시한다. 전압에 대한 단위는 volt, 부호는 로마자 대문자인 V

를 사용한다. 예로, 회로에 5V 의 전압이 가해지면 다음과 같이 표시한다.

1 - 3 전 압─ 1 7

Benjamin Franklin(1706-

1 7 9 0 )은 1 8세기 후반에 가장

유명하며 존경받는 인물 중

의 하나인 미국인이었다 .

F r a n k l i n은 번개와 연날리기

라는 실험을 통해 번개가 전

기라는 것을 증명하여 명성

을 얻었다. 또한, 그때까지

전기에는 두 가지 형태가 있

었다고 믿고 있었던 것을 전

기는 오직한 개라는것을발

견하였다. 그는 오늘날에도

사용되고 있는 배터리와 도

체 등도 발명하였다.

TIME LINE

그림 1 - 1 5 (a) 큰 전위차또는 전압, (b) 미소 전위차또는 전압

양전하(강력한 전자 흡인력)

양전하(미약한 전자 흡인력) 음전하(미약한 전자 반발력)

고도로 축적된 양전하

높은 전위차 또는

전압

낮은 전위차 또는

전압

고도로 축적된 음전하

미약하게 축적된 양전하 미약하게 축적된 음전하

높은 양전위차 또는 양전하

높은 음전위 또는 음전하

0

낮은 양전위차 또는 양전하

낮은 음전위차 또는 음전하

0

음전하(강력한 전자 반발력)

기전력( e m f )

두 점간의 전위 차이로 인해

전자운동이 발생되는 힘

전위차

두 점간의 전압 차이로 폐회

로에서 전류를 흐르게 한다.

전압의 단위인 V는 배터리

의 발명으로 유명한 이태리

의 물리학자 Alexandro Volta

( 1 7 4 5 – 1 8 2 7 ) 의 업적을 기리

기 위해 명명된 것이다. 그

는 1 8 0 1년에 전류의 발생에

대한 실험 내용을 보여주기

위해 N a p o l e o n으로부터 파

리로 초청을 받기도 하였다.

TIME LINE

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지17

V 5 V

이 경우 왼쪽 V는 voltage라 표현하지 volt라고 하지는 않는다. 이는 1 volt가 5 volt는

아니기 때문이다. 이러한 혼란을 피하기 위해 교재에 따라서는 다음과 같이 기전력의

단위인 E를 사용하여 표시하기도 한다.

E 5V

본 교재에서는 원래의 표현인 전압 (V) 로 한다.

1 - 3 - 1 기 호

그림 1-16(a) 과 같은 배터리( b a t t e r y )는 화학에너지를 전기 에너지로 변환한다. 배터리

의 단자는 양전하 또는 양이온이 주어지고 단자는 음전하 또는 음이온으로 회로

에 흐르는 전류의 전자를 공급받는다. 그러므로 배터리는 그 단자 면에 음이온과 양이

온을 발생시킨다. 배터리에 대한 기호는 그림 1-16(b) 과 같다.

그림 1-17(a) 는 많이 사용되는 전기용품에 대한 외관과 기호이다.

그림 1-17(b) 에서, 9 V 배터리는 화학작용으로 양이온과 음이온이 발생된다. 단자

에 있는 음이온은 전자를 밀어내고, 단자에 있는 양이온이나 정공은 전자를 잡아당

긴다. 전자는 구리선을 통하여 한 원자에서 다른 원자로 이동하게 되어 전구에 도착하

게 된다. 전구의 필라멘트를 통과할 때는 백열광을 발산한다. 전구를 지난 전자는 다른

선로를 통하여 배터리의 단자에 도달한다.

그림 1-17(b) 는 회로도와 접속도를 나타낸 것으로 회로도 작성에 외관 형태로 나타

내는 것보다 기호를 사용하는 이유는 다음과 같다.

1. 기호를 사용한 회로는 보다 신속하고 쉽게 작성할 수 있다.

2. 기호를 사용한 회로는 세밀하거나 혼란스럽지 않으면서 몇 가지의 요소만으로도

쉽게 이해할 수 있다.


배터리

화학에너지를 전기에너지로

바꿀 수 있는 두 개 또는 그

이상의 셀(전지)를 가지고 있

는 직류 전압원

그림 1 - 1 6 배터리-전압원(a) 외관, (b) 기호

+단자(양이온

또는 양전하)

-단자(음이온

또는 음전하)

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지18

1 - 3 전 압─ 1 9

그림 1 - 1 7 (a) 부품, (b) 회로 예

백열전등 빛을 방사

악어 클립을

사용한 접속선다른 부품을 연결

배터리 전압과 전류의 전원

스위치전류의 경로를 닫거나

여는 장치

전류계 회로의 전류 측정

부품 기호

열림

닫힘

배선도

그림회로

명칭 설명

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지19

1 - 3 - 2 전압의 단위

전압의 단위는 volt[V] 이다. 전자장비에 있는 전압은 보통 전압으로 측정되고 있는

반면에 중전기용인 산업용 장비에서는 고전압인 kV를 사용한다. 표 1-3은 전압의 크기

에 관한 접두어이다.

E x a m p l e

다음을 변환하여라.

a. 3000 V〓 kV

b. 0.14 V〓 mV

c. 1500 kV〓 MV

S o l u t i o n

a. 3000 V〓 3 kV 또는 3 103 volts (배율 ↑ 1000, 크기 ↓ 1000)

b. 0.14 V〓 140mV 또는 140 10 3 volts (배율 ↓ 1000), 크기 ↑ 1000)

c. 1500 kV〓 1.5 MV 또는 1.5 106 volts (배율 ↑ 1000, 크기 ↓ 1000)

1 - 3 - 3 전압 측정법

전압계(voltage meter) 는 회로 내의 전기적인 압력 즉, 전압 측정에 사용된다. 그림

1-18은 배터리의 전압을 측정하는 데 사용되는 방법을 설명한 것이다.

실제로 전압계는 그림 1-19(a), (b) 와 같이 장치에 인가된 전위차나 전압에 사용된

다. 그림 1 - 1 9 ( a ) 는 전구 L 1에 걸리는 전압, 1-19(b) 는 전구 L 2에 걸리는 전압을 측정

하는 것이다.


표 1 - 3 전압 단위

이 름 부 호 값

전압계

전압 즉 전위차를 측정하기

위해서설계된계기로 kV, V,

mV 단위로 측정

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지20

1 - 3 전 압─ 2 1

그림 1 - 1 8 전압계를이용한전압 측정

2. 적색 시험 프로브를 전압( V )

입력 잭에 삽입한다.

3. 흑색 시험 프로브는 공통 잭

인 C O M에 삽입한다.

주의: 리드 선을 반대 방향으로 연결하면 디지털 멀티미터는 -값으로 표시된다.

디지털 전압계

1. 디지털 멀티미터의 기능 스

위치를 V O L T S ( V)로 선택

한다.

5. 전압계에 표시된 값을 읽는다.

이때 측정되는 단위에 주의하도

록 한다.

4. 프로브의 팁을 측정기기 또는 전

원 양단에 접촉시킨다.

배터리

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지21

1 - 3 - 4 전압과 전류에 대한유체의 유추

유추란 2개의 다른 종류의 대상물에 대한 유사점을 비교하는 것이다. 본 절에서는

전압과 전류에 대한 이해를 돕기 위해 액체를 유추하는 것이다. 그림 1-20(a) 는 펌프,

파이프를 사용한 시스템으로 수차는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 데 사용된

다. 전기에너지가 펌프에 가해지면 압력이 발생되어 물이 흐르게 되고 이에 따라 수차

가 동작하게 된다. 이때 펌프는 다음과 같은 역할을 한다.

1. 출구의 높은 압력으로 물을 밀어내어 시스템에 가하게 된다.

2. 입구의 낮은 압력으로 펌프 안으로 물을 당긴다.

물은 화살표 방향으로 흐르며, 파이프 내에서 높은 압력 또는 변위가 수차의 날개에

압력을 가하고 이로 인해 기계에너지를 발생시킨다. 남아 있는 물은 입구의 낮은 압력

또는 흡인력으로 인해 펌프 안으로 흡입된다. 실제 입구로 들어가는 물의 양은 출구로

나가는 물의 양과 같다. 이렇게 물이 흐르는 비율은 회로를 통하는 전류와 같다. 요소

의 변화만이 시스템을 통해 다른 지점에서 느낄 뿐이다.

그림 1-20(b) 는 배터리, 도체 및 전구로 구성된 전기회로로 전기에너지를 빛에너지

로 변환시키는 회로이다. 이 배터리는 펌프가 압력을 발생시키는 것과 같이 전압을 발


그림 1 - 1 9 부품의전압측정(a) 전구 L1, (b) 전구L2

전구

전구 전구

전구

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지22

생시킨다. 이 전압은 도체를 통하여 이동하는 전자로 파이프를 통하여 이동하는 물에

의해 발생되는 압력과 같다. 흐르는 물의 총량은 펌프의 압력에 의해 결정되는 것과 마

찬가지로, 전류나 전자흐름의 총량은 배터리의 전압에 의해 결정된다. 즉, 수차를 통하

는 물의 흐름은 전구를 통하는 전류의 흐름과 같다. 즉, 높은 압력은 수차 날개의 회전

으로 기계에너지를 발생시켜 소비되는 것과 마찬가지로 전압은 전구의 빛에너지를 발

생시키고 소비된다. 압력과 전압이 가해지는 것은 물이나 전류의 흐름에 의한 것으로

물의 흐름은 유체시스템에서 기계에너지로 변환하는 것이고, 전류는 전기시스템에서 빛

에너지로 변환하는 것이다. 전압은 회로에 전류가 흐르기 위해 반발력과 흡인력이 필

요하듯이 전위차 또는 압력이 없이는 전류도 없다.

1 - 3 - 5 전류는 전압에 비례

그림 1-20은 유체시스템과 전기회로에 관한 것으로 유체의 흐름은 압력에 비례하는

것을 알 수 있다. 즉, 펌프에 더 큰 압력을 발생하면 더 많은 양의 물이 시스템을 통해

흐르게 된다.

압력이 증가 (↑) 하면 유체의 흐름도 증가 (↑)

1 - 3 전 압─ 2 3

그림 1 - 2 0 유체시스템과전기시스템의비교

전압

저압

고압

수차

높은 위치

위치 차

램프배터리

등가

낮은 위치

유체시스템

전기시스템

유체시스템

펌프는 물을 이동시켜 압력 발생

물의 흐름

고압 또는 높은 위치

저압 또는 낮은 위치

배터리는 기전력인 전압을 발생

물의 흐름

고 전압 또는 고 전위

저 전압 또는 저 전위

전기시스템

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지23

이와 유사하게, 고전압이 전기회로에 가해진다면 그림 1-21과 같이 더 강한 전자운동

력으로 인해 더 많은 전자 또는 전류가 회로를 통해 흐르게 될 것이다.

따라서, 전류가 감소하면 (I↓) 전압은 감소하게 (V↓) 되고, 마찬가지로 전류가 증가

하면 (I↑) 전압도 증가하게 (V↑) 되므로 정리하면,

즉, I↓하면 V↓

I↑하면 V↑

이 예에서 알 수 있듯이 정비례( ) 란 한쪽 항이 변하면 이에 관련된 다른 항도 비례적

으로 변화한다는 것을 의미하는 용어이다.

1 -4 도 체

번개가 나무에 화재를 일으키고, 계산기를 동작시키는 것 등은 전자의 흐름을 이용

한 전기현상의 결과이다. 이 두 가지 현상의 차이점으로 계산기는 회로가 전자의 흐름

을 제어할 수 있는 것이고, 번개는 전자의 흐름을 제어할 수 없다는 것이다. 전자공학

에서 도체(conductor) 란 전자흐름의 경로를 제공하거나 제어하는 데 사용된다.

전류가 잘 흐르는 물체를 도체라 한다. 이 물질은 적은 저항값을 가지고 있는데, 이

는 전류의 흐름을 방해하는 성분이 매우 작다는 것을 의미한다. 원자는 외각으로 가면

서 K, L, M, N, O, P와 Q 각인 궤도를 최대 7개까지 가지고 있다. 도체는 자유전자를

전류 (I ) 는 전압에 정비례 ( ) 한다 (I V)


그림 1 - 2 1 전류는전압에비례 (a) 미소 전압은미소 전류 발생, (b) 고전압은대 전류 발생

미소전압 고 전압

미소전류 대 전류

SELF-TEST

1. 전압의 단위는?

2. 3 MV를 kV로 바꾸어라.

3. 전압 측정에 사용되는 기기는?

4. 전류와 전압과의 관계는?

정비례

두 개의 양 간에 같은 비율

로 변화되는 관계를 표시할

때 사용되는 용어

도체

전류를 이동시킬 수 있는 특

성을 갖는 물체

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지24

그 모원자 (parent atom) 로부터 쉽게 이탈시킬 수 있는 물질이나 원소로 구성되어 있

다. 이를 자유전자의 소스 (source) 라 하며, 이 자유전자가 회로의 전류가 된다. 금 또

는 은과 같은 귀금속은 가장 좋은 도체로 양도체의 조건은 다음과 같다.

1. 핵으로부터 가장 멀리 있는 각에 있는 전자로서, 이 전자는 핵의 흡인력이 매우

약해 원자로부터 아주 쉽게 이탈된다.

2. 원자당 전자수가 많은 것

3. 불완전한 가전자대역이 있는 것. 이는 가전자대역이 전자수를 최대로 갖지 못하

는 것을 의미한다. 만약, 원자가 가전자 궤도에서 안정이 되면, 그 각에는 정공이

없게 되어 인접한 원자의 전자가 다음의 원자로 점프해 이동하는 연쇄반응을 하

지 못하게 되어 전자의 이동을 막게 된다.

도체 선택시 다량의 귀금속을 사용하면 막대한 비용이 투입되기 때문에 경제성을 고

려한다. 또한 도체는 작업 목적에 따라 여러 규격과 형태의 전선이 사용되기도 하고,

전선을 연결할 때 유연해야 하는 등 그 목적에 따라 물리적인 요구사항도 고려해야 한다.

구리는 도체에서 다음과 같은 이유로 인해 가장 많이 사용된다.

1. 자유전자가 많다.

2. 저렴하다.

3. 유연하다.

알루미늄은 구리에 비해 자유전자가 적어 전도성은 약하지만, 저렴하고 경량이므로

우수한 도체이다.

1 -4- 1 컨덕턴스

컨덕턴스(conductance) 는 도체가 전류를 얼마나 잘 흐르게 할 수 있는지를 측정하는

값이다. 컨덕턴스(기호 G)는 저항의 역수와 같은 값으로 단위는 지멘스( s i e m e n s : S) 이다.

여기서, 컨덕턴스 G의 단위는 S, 저항 R의 단위는 이다.

즉, 컨덕턴스는 저항에 반비례한다. 예로, 전류의 흐름을 방해하는 힘이 약하면 컨덕턴

스는 커지며, 이러한 물질을 양도체라 한다.

1높은 컨덕턴스 G↑＝

R↓(낮은 저항)

또한, 전선의 저항이 높으면 (R↑), 이때의 컨덕턴스는 낮으며 (G↓), 이 전선은 불량도

체라 한다. 따라서 양도체는 큰 컨덕턴스의 값을 가진 것으로 전류의 흐름을 방해하는

저항값이 매우 작다.

컨덕턴스 (G) ＝

1 - 4 도 체─ 2 5

컨덕턴스

회로 또는 경로에 전류가 얼

마나 잘 흐를 수 있는가를측

정하는 것으로, 저항의 역수

이다.

영 국 인 인 S t e p h e n

Gray(1693– 1736)는 어떠한

물질이 전도성이 있는가를

발견하였다.

TIME LINE

저항 (R)1

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지25

E x a m p l e

저항이 25 인 가정용 전기담요가 있다. 이 전기담요 히터의 컨덕턴스를 계산하라.

S o l u t i o n

1컨덕턴스＝

저항

1 1G ＝＝＝ 0.04 S

R 25

또는 40mS (millisiemens)

도체의 양 또는 불량 정도를 구분하기 위해서는 어떤 기준이 필요한데, 이 기준은 가

장 우수한 반도체인 은의 상대 컨덕턴스를 1로 하여 판정한다. 표 1-4는 여러 도체의

컨덕턴스를 표시한 것으로 은을 1로 한 경우의 값이다. 상대 컨덕턴스를 계산하는 공

식은 다음과 같다.

E x a m p l e

구리가 기준 도체로 사용된다면 텅스텐의 상대 컨덕턴스는 얼마인가?

S o l u t i o n

텅스텐 0.297, 구리 0.945이므로

도체의 상대 컨덕턴스상대 컨덕턴스＝

기준 도체의 상대 컨덕턴스

0.2970.945

0.314

E x a m p l e

구리가 기준 도체로 사용된다면 은의 상대 컨덕턴스는 얼마인가?

도체의 상대 컨덕턴스상대 컨덕턴스＝

기준 도체의 상대 컨덕턴스


Stephen Gray가두각을 나타

내게 된 것은 유리전하와 수

지전극이라고 부르는 두 가

지 형태의 전기가 있다고 믿

고 있는 프랑스의 실험과학

자인 Charles de Fay의 발탁

에 의해서이다.

TIME LINE

표 1 - 4 도체의상대 컨덕턴스

재 료 상대 컨덕턴스

은 1 . 0 0 0구리 0 . 9 4 5금 0 . 6 5 2알루미늄 0 . 5 7 5텅스텐 0 . 2 9 7니크롬 0 . 0 1 5



1 . 0 . 2 9 7

2 .

3 . 0 . 9 4 5

4 . 0 . 3 1 4

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지26

S o l u t i o n

은 1.000, 구리 0.945이므로

은상대 컨덕턴스＝

구리

1.0000.945

1.058

1-5 절연체

높은 저항값을 갖거나 전류의 흐름을 방해하는 물질을 절연체(insulator) 라 한다. 도

체란 전류를 잘 흐를 수 있도록 하는 양질의 컨덕턴스를 갖는 반면, 절연체는 자유전

자의 흐름이 거의 없도록 하는 물질이다. 이 절연체는 높은 압력이나 고전압이 인가되

면 절연파괴(break-down) 가 발생되어 전류가 흐르게 된다. 이 절연파괴전압(break-down

voltage) 은 가장 가까운 K, L의 각에 있는 전자까지도 이동시킬 수 있을 정도의 전압

으로 자유전자를 해방시킨다.

절연체는 유전체 (dielectrics) 라고도 부르며, 가장 좋은 절연체 또는 유전체는 저항

값의 크기가 커서 전류가 전혀 흐르지 못한다. 절연체의 유전강도(dielectric strength) 는

절연물질이 절연파괴현상이 발생되어 큰 전류가 흐르게 될 때 어느 정도의 전압이 가

해졌는지를 표시하는 것으로 양호 또는 불량의 절연체인가를 판단하는 척도가 된다. 표

1 - 5 절연체─2 7

SELF-TEST

1. 참 또는 거짓: 도체란 전류의 흐름을 방해하는 물질이다.

2. 전기분야에서 가장 많이 사용되는 도체는 무엇인가?

3. 35 인 히터의 컨덕턴스를 계산하여라.

절연체

원자에전자가거의없고, 이

들 전자도 핵에 둘러싸여 있

어서 이동할 수가 없는 물질

절연파괴전압

절연체의절연파괴가발생될

때의 전압.

유전강도

물질이 절연파괴가 되지 않

고 견딜 수 있는 최대 전위

표 1-5 절연체의절연파괴전압

재료절연파괴 강도

(kV/cm)

마이카 2000유리 900테플론 600종이 500고무 275베이클라이트 151기름 145자기애자 70공기 30

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1-5는 많이 사용되고 있는 절연체에 대한 것으로 1 cm 당 절연파괴현상이 발생되는 kV

값의 절연강도를 나타낸 것이다. 한 예로, 1cm의 종이의 경우에는 500kV의 전압을 가

할 때 절연파괴현상이 발생되어 전류가 흐르게 된다. 임의의 전압에서 견디는데 필요

한 유전체의 두께를 계산하는 공식은 다음과 같다.

E x a m p l e

16,000 V 전압에 견딜 수 있는 마이카 (mica) 의 두께는 얼마인가?

S o l u t i o n

마이카의 절연강도 2,000kV/cm

16,000 V유전체 두께＝＝ 0.008cm

2000kV/cm

E x a m p l e

1 mm의 공기가 견딜 수 있는 최대 전압은?

S o l u t i o n

공기의 절연강도는 30,000V/cm이므로 3,000V/mm이다.

1 -6 개방회로, 폐회로및 단락회로

1 -6- 1 개방회로(스위치 열림)

그림 1-22는 스위치가 열린 개방회로이다. 개방이 되면 배터리 (－)단자에 있는 전

자가 (＋) 단자로 이동되는 경로가 차단되어 있기 때문에 전류가 흐를 수 없다. 따라서

스위치가 열려 있으면 개방회로(open circuit) 이다.

절연체에 가하는 전압유전체 두께＝

절연체의 절연파괴 전압




1 . ( e x p o n e n t ) 1 6 E 3

2 .

3 . (or 2000 E3) 2 E 6

4 . 0 . 0 0 8

SELF-TEST

1. 참 또는 거짓: 절연체란 전류의 흐름을 방해하는 물질이다.

2. 가장 우수한 절연체 재료를 정하는데 고려할 사항은?

3. 절연파괴 전압이란?

4. 우수한 절연체의 컨덕턴스의 값은 큰 것인가 또는 작은 것인가?

개방회로

전류 흐름의 경로가 차단된

회로

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1 -6- 2 개방회로(부품의단선)

그림 1-23은 스위치가 닫힌 전류가 흐를 수 있는 회로이다. 그러나 부품 중에 한 개

가 단선된 개방회로가 되었다. 즉 그림에서, 전구의 필라멘트가 끊어져서 회로가 개방

된 상태로 전류가 흐를 수 없다. 따라서 부품이 단선된 경우에도 개방회로가 된다.

1 -6- 3 폐회로(스위치 닫힘)

그림 1-24와 같이 회로 내의 모든 장치가 정확히 접속되고 정상적으로 동작할 수 있

을 때 스위치가 닫히면 폐회로(closed circuit) 이다. 이 폐회로는 경로가 연결되어 전류

가 배터리의 (－) 단자에서 (＋) 단자로 흐르게 된다.

1 -6- 4 단락회로(부품의단락)

단락회로(short circuit) 는 보통 회로 내의 한 부분이 사고로 인해 다른 부분에 연결될

때 발생된다. 그림 1-25(a) 는 펜치를 순간적으로 전구 양쪽 단자에 놓아서 단락이 발생

된 예를 나타낸 회로이다. 그림 1-25(b) 의 회로도로 보면 전구의 양 끝이 단락되었다.

이와 같이 단락되는 순간에는 모든 전류가 저항이 거의 없는 펜치를 통해 흐르고, 전

구에는 약간의 저항이 있어 아주 적은 전류만 흐르므로 전구는 점등하지 못한다.

1 - 6 개방회로, 폐회로 및 단락회로─2 9

그림 1 - 2 2 스위치가열린 개방회로(a) 실제그림, (b) 회로도

스위치 열림

스위치 열림

배터리배터리

전구전구

그림 1 - 2 3 전구 필라멘트가끊어진개방회로(a) 실제 그림, (b) 회로도

스위치 닫힘

스위치 닫힘

전구 필라멘트가 끊어짐 전구 필라멘트가 끊어짐

배터리

폐회로

전류가 흐를 수 있는 완전한

경로가 구비된 회로

단락회로

단락이라고도 부르며, 회로

내 두 점 간에 저저항으로연

결된 것으로 일반적으로는

대전류가 흐를 수 있는 원인

이 된다.

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그림 1 - 2 4 스위치가닫힌 폐회로(a) 실제 그림, (b) 회로도

스위치 닫힘 스위치 닫힘

배터리

배터리 전구

전구

그림 1 - 2 5 전구 양 끝이 펜치로접촉된단락회로(a) 실제 그림, (b) 회로도

스위치 닫힘

배터리

펜치에

의해 단락

펜치에

의해 단락

SELF-TEST

1. 개방회로에는 전류가 흐르는가?

2. 단락회로에는 전류가 흐르는가?

3. 폐회로와 단락회로의 차이점은?

4. 개방스위치와 폐스위치의 차이점은?

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11 . 전기분야에서 가장 많이 사용되고 있는 금속은?

a . 은 b . 구리 c . 마이카 d . 금

12 . 원소의 가장 작은 단위는?

a . 복합물 b . 분자 c . 원자 d . 양자

13 . 화합물의 가장 작은 단위는?

a . 원소 b . 전자 c . 중성자 d . 분자

14 . 음이온은

a . 전자보다 양자가 많다.

b . 양자보다 전자가 많다.

c . 양자보다 중성자가 많다.

d . 전자보다 중성자가 많다.

15 . 양이온은

a . 자체에 있는 몇 개의 전자를 잃은 것이다.

b . 중성자를 잃은 것이다.

c . 여분의 양자를 얻은 것이다.

d . 보다 많은 전자를 얻은 것이다.

16 . 1C 의 전하에는 ( ) 개의 전자가 있다.

a . 6 . 2 4 1 01 8 b . 6 . 2 4 1 08

c . 1 0 1 8 1 01 2 d . 6 . 2 4 1 08 1

17 . 1 4 C의 전하가 7초에 한 점을 통과할 때 전류는?

a . 2A b . 9 8A c . 2 1 A d . 7A

18 . 전하 1 6 C 안에 있는 전자의 수는?

a . 9 . 9 8 1 01 9 b . 1 4

c . 16 d . 1 0 . 7 3 1 01 9

19 . 전류의 단위는?

a . Volts b . C o u l o m b s / s e c

c . Ohms d . S i e m e n s

1 0 . 전압의 단위는?

a . Amperes b . O h m s

c . Siemens d . V o l t s

1 1 . 전압을 표시하는 다른 용어는?

a . 전위차 b . 전동력

c . 압력 d . 위의 항목 전부

1 2 . 도체는 전류를 ( ) 흐르도록 하는 저항이다.

a . 많게 b . 적게

c . 중간 정도로 d . 최대로

1 3 . 컨덕턴스는양도체가 전류를 흐르게 하는 정도를 표시하는

것으로 단위는?

a . Siemens b . V o l t s

c . Current d . O h m s

1 4 . 절연체는?

a . 핵 안에 전자를 가두어 놓은 물질이다.

b . 원자에 소수의 전자를 가지고 있는 물질이다.

c . 거의 완전한 가전자 대역을 갖는다.

d . 모두 맞다.

e . 모두 틀리다.

1 5 . 개방회로는?

a . 전류가 흐르지 못한다. b . 회로가 고장이다.

c . 최대 전류가 흐른다. d . ( a )와 ( c )이다.

1 6 . 1 0 0 인 저항의 컨덕턴스는?

1 7 . 6 . 5 C인 전하의 전자수는?

1 8 . 3C의 전하가 4초에 어떤 점을 통과하는 경우 전류는?

1 9 . 다음의 단위를 바꾸어라.

a . 0 . 0 1 4 A m A

b . 1 3 7 4 A k A

c . 0 . 7 7 6 A n A

d . 0 . 9 1m A A


a . 1 4 7 3m V V

b . 7 1 4 3 V k V

c . 0 . 1 3 9k V V

d . 0 . 3 9 0M V k V

2 1 . 은이 기준 도체로 사용된 경우 구리의 상대 컨덕턴스는?

2 2 . 2 4 , 0 0 0 V에서 견딜 수 있는 자기애자의 두께는?

2 3 . 1 0V를 절연시키기 위해 절연체가 7 5 0k V / c m의 정격을 가

지고 있다면 절연체의 두께는?


a . 2 0 0 0k V / c m m

b . 2 5 0k V / c m m m

2 5 . 절연파괴 없이 3 5m m인 마이카에 가할 수 있는 최대 전압

은?

연습문제─3 1

연습문제

01장 1991.3.8 3:50 PM 페이지31

part i 전기의기본요소 - scitech.co.krch01).pdf · 1개 원자의 직경을 약 10억 분의...

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