직렬과 병렬로 연결되는 전기회로 등의 전기에 관한 이야기와 자기장 이야기
전기와 자기는 물질의 양전하와 음전하의 상호 작용에 의해 발생하기 때문에 서로 얽혀 있어. 물질의 전하가 상호 작용할 때 전기력과 자기력을 모두 생성 할 수 있단다.
Electricity (전기)
Electric Charge and Force (전하와 힘)
모든 원자에는 음으로 하전된 입자인 전자와 양으로 하전된 입자인 양성자가 있어. 원자의 양성자와 전자의 수가 같으면 양전하와 음전하가 서로 상쇄되고 원자는 중성이지.
그러나 원자는 전자를 쉽게 잃고 얻어. 원자가 전자를 얻으면 양전하보다 음전하가 많으므로 Negative Charge (음전하)를 띠게되고. 원자가 전자를 잃으면 Positively Charged (양전하)를 띠게 되지. 양전하 또는 음전하를 띤 원자를 Ions(이온)이라고 해.
전하가 반발하고 유인하는 것과 달리 이온은 Electric Forces (전기력)이라고 하는 인력과 반발력을 생성해. 음의 전자는 더 양의 위치로 이동하기를 원해. 이게 전자의 흐름에 대한 전부라고 할 수 있어.
전기력의 크기는 원자가 충전 된 정도와 원자가 얼마나 떨어져 있는지에 따라 달라. 전하가 증가하고 전하 사이의 거리가 감소함에 따라 전기력이 증가해.
Static Electricity (정전기)
전자는 한 원자에서 다른 원자로 비교적 쉽게 이동해. 전하가 물체에 축적되어 한 신체에서 다른 신체로 전이되는 것을 Static charge(정전기) 또는 Static Electricity (정전기) 라고 해. 머리카락에 풍선을 문지르는 것과 같이 서로 문지르는 것은 말 그대로 머리카락과 풍선에 전자를 문지르기 때문에 정전기를 생성 할 수 있어.
감전을 느낄 때, 넌 반대현상을 경험할 수 있어. Electric discharge(전기 방전) 또는 Static Discharge (정전기 방전)이라고하는 전자의 빠른 방전상태가 그거야. 번개는 실제로 엄청난 방전이지.
Electric Fields (전기장) - 전하에 의해 가해지는 힘을 경험하는 전하 주변 영역.
그 전하에 의해 가해지는 힘을 경험하는 전하 주변 영역을 Electric Field (전기장)이라고 해. 전하에서 멀어 질수록 전기장이 약해지고. 전하에 가까워 질수록 강해져. 또한 전하가 클수록 전기장이 커지지. 전 전기장 선은 전기력의 방향을 나타내고, 모든 전기장선은 음전하를 향하고 양전하에서 멀어져.
<동영상 출처: (120) Electric Field | Electronics Basics #3 - YouTube>
Induction (유도) - 전기장으로 인한 전하 분리
충전 된 물체를 다른 물체 근처에두면 근처의 물체도 충전 될 수 있어. 예를 들어 음전하를 띤 풍선을 벽 가까이에 놓으면 풍선이 벽의 해당 부분에있는 다른 전자를 밀어내어 표면에서 멀리 밀어 내고 국부적으로 일시적인 양전하를 생성해. 때때로 이 일시적인 전하때문에 풍선을 벽이나 창문에 붙일 수 있어. 전기장으로 인한 전하의 분리를 유도라고 해.
Insulators and Conductors (절연체 및 전도체)
Insulator(절연체)는 전자가 쉽게 이동하지 못하도록하는 물질이므로 전하가 흐르지 않아. 반면 Conductors(전도체)는 전자가 쉽게 이동할 수있는 물질로 만들어져있어 에너지 전달에 좋은 물질이지. 금, 구리 및 대부분의 기타 금속은 좋은 전도체야. 일반적으로 전선은 전기가 신체와 같은 다른 전도체로 흐르는 것을 방지하기 위해 플라스틱과 같은 절연체로 감싼 전도체로 만들어집져.
Resistor(저항기)는 전자의 흐름에 저항하지만 여전히 통과는 시키는 것들을 말해. 그들은 일반적으로 전자가 그들을 통해 흐를 때 가열되거나 불이 켜지거나 둘 다거나 해. 예를 들어 일반 전구의 가느다란 와이어 (필라멘트), 토스터의 가열 코일, 사람의 신체도 포함돼.
Electric Current (전류) - 일정 시간 동안 주어진 지점을 통과하는 전자의 수
전하가 움직이면 전류가 생성돼. 전류는 1 초마다 특정 지점에서 흐르는 전하량으로 측정되고, 전류의 SI 단위는 암페어 (A) 또는 암페어야.
전류에는 두 가지 유형이 있어.
1. 직류 (DC) : 전류의 전하는 배터리에서 생성되는 전류처럼 전체 시간 동안 한 방향으로 이동해.
2. 교류 (AC) : 주기적으로 방향을 바꾸는 전하의 흐름. 콘센트의 전기는 AC 전류를 제공해.
Electrical Circuit (전기회로)
전하가 Circuit(회로)라고하는 폐쇄 된 전도 루프에서 이동할 수있는 경우, 전류가 지속적으로 흐르게 돼. 전기장은 전하를 계속 움직이게 하지.
ELectrical Circuit (회로의 구성 요소)
Electrical Conductor (전기 전도체) : 전선과 같이 전원에 연결되어 폐쇄 루프를 형성 (개구나 끊김이 없는 연결).
Load (부하장치) : 전구, 팬 또는 스피커와 같이 회로에서 전원이 공급되는 장치 (필수는 아니지만 일반적으로 있음)
Power Source (전원) : 배터리와 같은 전기 에너지의 전원.
Switch (스위치) : 회로를 열고 닫는 장치 (필수는 아니지만 자주 있음). (도로 위의 도개교와 같은 거지)
Series and Paralle Circuits (직렬 및 병렬 회로)
전자가 자동차와 같다면 회로는 도로와 같아. 회로는 전자가 취할 수있는 모든 경로를 제공해. 전자가 회로를 통해 이동할 수있는 방법이 한 가지 뿐인 경우 회로를 Series Circuit(직렬 회로)라고 해. 직렬 회로에서 모든 전류는 회로의 모든 요소를 통해 한 방향으로 흐르고 회로가 어느 지점에서든 열리면 전체 회로의 전기 흐름이 중지되지. 따라서 회로의 전구가 타서 회로가 끊어지면 전기가 흐르지 않아.
A Parallel Circuit(병렬 회로)는 포크가 있는 도로를 여행하는 것과 같아. 자동차는 오른쪽 또는 왼쪽으로 이동할 수 있어. 병렬 회로에서 전자는 둘 이상의 경로를 취할 수 있어서, 한 경로가 끊어져도 전자는 여전히 갈 수 있는 대체 경로가 있어서 계속해서 전류가 흐를 수 있지.
Batteries (배터리)
배터리는 회로 주변의 전하를 밀어내는 에너지 원을 제공해. 회로에 연결되면 배터리는 배터리의 각 끝에 양극과 음극 단자가있는 전기장을 생성하지. (배터리의 다른면에 표시되는 또는 기호로 +, - 사인을 말해). 전류의 이동 전하인 전자는 양극 단자로 끌려 가고 음극 단자에 의해 반발돼. 전자는 고속도로의 교통의 흐름처럼 흘러. (회로가 폐쇠 루프인 경우)
Voltage (전압)
회로에서 흐르는 전자의 에너지를 Voltage(전압)이라고 해. 볼트(V) 단위로 측정되는 전압은 배터리의 양극 및 음극 단자와 같은 회로의 두 지점 간의 전위차야. 전압은 중력이 땅 위에있는 공에 위치 에너지를 제공하는 것처럼 전자에 위치 에너지를 제공해. 전압이 높을수록 전위차가 커지고 전류가 더 많은 에너지를 공급할 수 있어. 따라서 9 볼트 배터리는 AA 배터리 (1.5 볼트)보다 작은 전구를 훨씬 더 밝게 빛낼수 있지.
Resistance (저항)
전자가 전류로 이동하면, 사물에 부딪힐 수 있어 이동하기가 더 어려워져. Resistance(저항)은 ahms (약칭 R, 기호 Ω 으로 표시)으로 측정되는데, 전자가 무언가를 통과하는 것이 얼마나 어려운지 측정해. 즉, 흐름에 대한 저항이지.
저항이 적은 전선은 보다 효율적인 회로를 유지할 수 있어. 고 저항 전선의 에너지는 충돌로 인한 열 에너지의 형태로 손실 될 수 있어. 와이어의 저항은 와이어가 얇아지거나 길어질수록 증가해.
호스와 같은 와이어를 생각해봐. 호스가 길어 지거나 좁아 질수록 물이 호스를 통과하는 데 더 많은 시간이 걸리겠지? 더 길거나 좁은 호스는 흐름에 대한 저항력이 더 높고, 이런 규칙이 와이어에도 동일한 적용돼.
전구는 회로에 저항을 제공해. 전구의 필라멘트는 매우 얇고, 전자가 필라멘트를 통해 흐르면 충돌하고 필라멘트를 가열해서 열과 빛의 형태로 에너지를 방출하지.
Ohm's Law (옴의 법칙)
옴의 법칙은 회로의 전압, 전류 및 저항 간의 관계를 보여줘.
Voltage (전압) = Current (전류) x Resistance (저항) (전류는 때때로 "I"로 씀)
전압은 볼트(V), 전류는 암페어(A), 저항은 옴(Ω)으로 측정돼. 옴의 법칙은 전압이 증가하면 전류, 저항 또는 둘 다 증가한다는 것을 보여줘. 또한 전압이 동일하게 유지되는 경우:
저항이 감소하면 전류가 증가한다.
저항이 증가하면 전류가 감소한다.
Electric Power (전력)
전력은 전기 에너지가 다른 형태의 에너지로 변환되는 속도야. 예를 들어 토스터의 전력은 토스터가 전기를 열로 변환하는 속도야.
힘의 방정식
Power (전력) = Current (전류) x Voltage (전압)
전력은 Watts(와트)로, 전류는 Amperes(암페어)로, 전압은 Volts(볼트)로 측정돼.
| Appliance Watts per hour |
| Toaster 1,000 W Clothes Washer 500W Clothes Dryer 5,000W Computer 200W |
Conservation of Energy in Circuits (회로의 에너지 보존)
전기 에너지는 또한 에너지 보존 법칙을 따라. 그렇다면 배터리의 에너지는 어디로 갈까? 전류가 회로를 통해 이동함에 따라 전기 에너지는 배터리 구동 장난감의 움직임과 같은 열 에너지, 빛 또는 운동 에너지로 변환돼.
운동에너지와 열 에너지Magnetic Force (자기력)
자석에는 양극과 음극 끝 또는 극이 있다는 것을 기억하지? (극은 자석의 강하게 충전된 영역이야.) 자기력은 극 사이의 인력과 반발력을 말해. 다른 극끼리는 끌어 당기고 같은 극끼리는 반발하지. (전하처럼 말야.)
때때로 N극과 S극이라고도 표시해.
Magnetic Fields (자기장)
자기력을 나타내는 자석 주변 영역을 자기장이라고 해. 자기장 선은 자기장의 방향과 강도를 보여줘. 자기장 라인은 N극에서 S극으로 이동하며 자기장이 가까울수록 힘이 강해져.
지구는 거대한 자석과 같고 자기장도 가지고 있어. 나침반 바늘은 실제로 작은 자석으로 N극과 S극이 있어. 나침반이 북(N)쪽을 가리킬 때 나침반 자석의 북극은 지구 자기장의 남극(실제로는 지리적 북극)에 끌려.
Motors (모터) -전기 에너지를 운동 에너지로 변환하는 장치.
전류가 흐르는 전선에는 자기장이 있기 때문에 다른 자석에 의해 불이 끌리거나 튕겨 나갈 수 있어. 일부 모터는 전류 전달 와이어와 자석 사이의 인력 및 반발력을 사용하여 와이어에서 움직임을 만들어. 전류를 운반하는 와이어를 루프로 만들어 자기장에 놓으면 계속해서 회전하여 전기 에너지로 전달할 수있는 운동 에너지를 생성하지.
Generators (발전기)- 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치.
동일한 개념을 반대로 생각해서 사용하면 자기장을 통해 와이어를 이동 (또는 와이어 코일을 통해 자석을 이동)하여 기계적 운동 에너지를 전기 에너지로 변환 할 수 있어. 그렇게해서 우리는 전자를 움직이게 하고 전류를 생성하지. 발전기는 자기장에서 와이어의 운동 에너지를 전기로 바꿔줘. 발전기에서 전원은 자기장을 통해 와이어 루프를 회전시켜 루프에 전류를 생성해. 이를 Electromagnetic Induction (전자기 유도)라고 해. 발전소는 발전기를 사용하여 전기를 생성하고 다양한 원료가 자기장을 통해 와이어 코일을 회전시키는 데 사용되는 운동 에너지를 제공하지.
<출처: Everything you need to ace Science in one big fat notebook>
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