파이프 시스템을 통해 내리막으로 흐르는 물을 상상해보십시오. 당신의 직감은 어떤 요소가 물의 흐름을 더 빨리 만들고 무엇이 더 느리게 만드는지를 알려줄 것입니다. 언덕이 높을수록 전류가 더 빨리 흐르고 파이프에 장애물이 많을수록 더 느리게 흐릅니다.
이것은 모두위치 에너지 차이 언덕 꼭대기와 바닥 사이왜냐하면 물은 언덕 꼭대기에서 중력 위치 에너지를 가지고 있고 바닥에 도달 할 때까지는 아무것도 없기 때문입니다.
이것은 전기에 대한 훌륭한 비유입니다.전압. 같은 방식으로 전기 회로의 두 지점 사이에 전위차가있을 때 전류는 회로의 한 부분에서 다른 부분으로 흐릅니다.
물의 예에서와 같이 두 지점 (전하 분포에 의해 생성 된) 간의 위치 에너지 차이가 전류 흐름을 생성합니다. 물론 물리학 자들은 이것보다 더 정확한 정의를 가지고 있으며 옴의 법칙과 같은 방정식을 배우면 전압을 더 잘 이해할 수 있습니다.
전압의 정의
전압은 두 지점 사이의 전위 에너지 차이를 나타내는 이름으로 단위 전 하당 전위 에너지로 정의됩니다. 이기는 하지만전위더 정확한 용어입니다. 전위의 SI 단위가 볼트 (V)라는 사실은 일반적으로 특히 사람들이 배터리의 단자 나 배터리의 다른 부분 간의 전위차에 대해 이야기 할 때 회로.
정의는 수학적으로 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
V = \ frac {E_ {el}} {q}
어디V잠재적 인 차이입니다.이자형엘자 전기적 위치 에너지 (줄 단위)이고큐요금 (쿨롱 단위)입니다. 이를 통해 1V = 1J / C임을 알 수 있습니다. 즉, 1 볼트는 쿨롱 당 1 줄 (즉, 단위 충전 당)로 정의됩니다. 때때로, 당신은 볼 수 있습니다이자형같은 양에 대한 또 다른 용어는 "기전력"(EMF)이지만 많은 소스에서 사용하기 때문에 전압의 기호로 사용됩니다.V용어의 일상적인 사용과 일치합니다.
이 볼트는 최초의 전기 배터리를 발명 한 것으로 가장 잘 알려진 이탈리아의 물리학 자 알레산드로 볼타 (“볼트 파일”이라고 함)에서 이름을 따 왔습니다.
전압 방정식
그러나 위의 방정식은 전압에 대해 가장 일반적으로 사용되는 방정식이 아닙니다. 용어를 접할 때 전기 회로와 관련하여 가장 유용한 방정식 이것은
V = IR
어디V전압 (V)의 전위차입니다.나는전류 흐름이며, 단위는 암페어 또는 암페어 (A)입니다. 과아르 자형옴 (Ω) 단위의 저항입니다. 한눈에이 방정식은 동일한 저항에 대해 더 높은 전압이 더 높은 전류를 생성한다는 것을 알려줍니다 (높이를 높이는 것과 유사). 도입부의 언덕)과 동일한 전압에 대해 전류 흐름은 더 높은 저항에 대해 감소합니다 (파이프의 장애물과 유사). 예). 전압 차이가 없으면 전류가 흐르지 않습니다.
회로의 다른 구성 요소는 다른전압 강하옴의 법칙을 사용하여 무엇이 될지 알아낼 수 있습니다. 하지만 Kirchhoff의 전압 법칙에 따라회로의 전체 루프 주변의 전압 강하 합계는 0과 같아야합니다..
회로에서 전압을 측정하는 방법
전기 회로의 요소에 걸리는 전압은 전압계 또는 멀티 미터로 측정 할 수 있으며 후자는 전압계를 포함하지만 전류계와 같은 다른 도구 (전류 측정 용)도 포함합니다. 두 지점 사이의 전압 강하를 결정하기 위해 측정중인 요소에 병렬로 전압계를 연결합니다. 절대 직렬로 연결하지 마십시오!
아날로그 전압계는 고 저항 저항기와 직렬로 연결된 검류계 (작은 전류를 측정하는 장치)를 사용하여 작동하며 검류계는 자기장에 와이어 코일을 포함합니다. 전류가 전선을 통해 흐르면 자기장을 생성하여 기존 코일을 회전시키기위한 자기장, 그런 다음 장치의 포인터를 움직여 전압.
코일의 회전은 전류에 비례하고 전류는 차례로 전압에 비례하여 (옴의 법칙에 따라) 코일이 더 많이 회전할수록 두 점. 이것은 직류가 아닌 교류를 측정하는 경우 더 복잡하지만 다른 디자인으로도 가능합니다.
병렬로 연결된 두 개의 회로 요소가 동일한 전압을 가지므로 전압계를 병렬로 연결해야합니다. 전압계는 주 회로에서 너무 큰 전류를 끌어 결과를 방해하는 것을 방지하기 때문에 높은 저항을 가져야합니다. 또한 전압계는 큰 전류를 흐르도록 구성되어 있지 않으므로 직렬로 연결하면 쉽게 퓨즈가 끊어 지거나 끊어 질 수 있습니다.
전압 예
전위로 작업하는 방법을 배우려면 옴의 법칙을 배우고 Kirchhoff의 전압 법칙을 적용하여 회로의 여러 요소에 걸친 전압 강하를 결정하는 방법을 배웁니다. 가장 간단한 방법은 전체 회로에 옴의 법칙을 적용하는 것입니다.
회로가 12V 배터리로 전원이 공급되고 총 70 옴의 저항이있는 경우 회로를 통해 흐르는 전류는 얼마입니까?
여기에서는 전류에 대한 표현을 만들기 위해 옴의 법칙을 다시 정렬하기 만하면됩니다. 법은 다음과 같이 명시합니다.
V = IR
당신이해야 할 일은 양쪽을아르 자형다음을 얻으려면 반대로하십시오.
I = \ frac {V} {R}
값을 삽입하면 다음이 제공됩니다.
\ begin {aligned} I & = \ frac {1 \ text {V}} {70 \ text {Ω}} \\ & = 0.1714 \ text {A} \ end {aligned}
따라서 전류는 0.1714A 또는 171.4mA입니다.
그러나 이제이 70Ω 저항이 20Ω, 10Ω 및 40Ω의 값으로 직렬로 연결된 세 개의 서로 다른 저항으로 나뉘어져 있다고 상상해보십시오. 각 구성 요소의 전압 강하는 얼마입니까?
다시 말하지만 옴의 법칙을 사용하여 각 구성 요소를 차례로 살펴보고 회로 주변의 전체 전류 0.1714A를 확인할 수 있습니다. 세 저항기 각각에 대해 차례로 V = IR 사용 :
처음으로:
\ begin {aligned} V_1 & = 0.1714 \ text {A} × 20 \ text {Ω} \\ & = 3.428 \ text {V} \ end {aligned}
두번째:
\ begin {aligned} V_2 & = 0.1714 \ text {A} × 10 \ text {Ω} \\ & = 1.714 \ text {V} \ end {aligned}
그리고 세 번째 :
\ begin {aligned} V_3 & = 0.1714 \ text {A} × 40 \ text {Ω} \\ & = 6.856 \ text {V} \ end {aligned}
Kirchhoff의 전압 법칙에 따르면 이러한 세 가지 전압 강하는 최대 12V가됩니다.
\ begin {aligned} V_1 + V_2 + V_3 & = 3.428 \ text {V} + 1.714 \ text {V} + 6.856 \ text {V} \\ & = 11.998 \ text {V} \ end {aligned}
이는 반올림 오류로 인해 약간의 차이가 있지만 12V에서 소수점 두 자리까지입니다.
병렬 부품의 전압 강하
위의 전압을 측정하는 방법에 대한 논의에서 회로의 병렬 구성 요소에서 전압 강하는 동일하다는 점이 언급되었습니다. 이것은폐 루프의 모든 전압 (전원의 양의 전압과 부품의 전압 강하)의 합이 0이어야한다는 Kirchhoff의 전압 법칙.
여러 분기가있는 병렬 회로의 경우 병렬 분기 중 하나와 배터리를 포함하는 이러한 루프를 만들 수 있습니다. 각 분기의 구성 요소에 관계없이 모든 분기의 전압 강하절대로 필요한 것따라서 배터리가 제공하는 전압과 동일해야합니다 (단순성을 위해 직렬로 연결된 다른 구성 요소의 가능성 무시). 이것은 모든 분기에 해당하므로 병렬 구성 요소는 항상 동일한 전압 강하를 갖습니다.
전구의 전압 및 전력
옴의 법칙은 전력과 관련하여 확장 할 수도 있습니다 (피), 이는 초당 줄 단위 (와트,W), P = IV로 밝혀졌습니다.
전구와 같은 회로 구성 요소의 경우, 이는 방출되는 전력 (즉, 조명으로 바뀜)이 그 양단의 전압에 따라 달라지며 더 높은 전압은 더 높은 전력 출력으로 이어진다는 것을 보여줍니다. 이전 섹션의 병렬 구성 요소에 대한 설명에 따라 병렬로 배열 된 여러 전구가 배열 된 동일한 전구보다 밝게 빛납니다. 직렬로 연결하면 전체 배터리 전압이 병렬로 연결될 때 각 전구에서 떨어지고 전구가 연결되면 1/3만이 시리즈.