회로이론은 회로의 전기적 성질을 해석하는 방법을 정리한 이론입니다. 회로에서 전압과 전류라는 전기적 성질의 관계를 해석하는데, 이를 위해서 먼저 전압이 뭔지 그리고 전류가 뭔지를 알아야 하니 전압과 전류가 무엇인지 알아야합니다. [회로이론 #1]글 에서는 이러한 전압과 전류를 설명하기에 앞서 전압과 전류를 설명하기 위해 알아야하는 모든 전기적 현상의 근원인 '전하'의 정의를 확인하고, 전하의 개념을 조금 더 직관적으로 받아들일 수 있도록 설명을 써보려고 합니다.
1. 전하(electric charge, q)
: 전하란? '전기적인 힘을 발생시키는 물리적인 속성'입니다.
: 전기적인 힘을 발생시키는 물리적인 속성의 크기를 '전하량'이라고 하고 단위는 C[Coulomb]입니다.
즉, 전하는 전기적인 힘을 발생시키는 물리적 속성으로 모든 전기적 현상의 근원입니다.
전하는 양전하(+)와 음전하(-)로 두 종류로 나누어지는데 서로 같은 전하 사이에는 척력(밀어내는 힘)이 작용하고 서로 다른 전하 사이에는 인력(끌어당기는 힘) 작용하는데, 이러한 두 종류 전하 사이의 상호 작용에 의해 전기적현상이 일어난다.
즉, 전하는 질량처럼 물질의 다양한 속성 중 하나이다.
이제 개념을 학습하였으니 실제 예에 개념을 적용시켜 볼게요. 모든 물질 가장 작은 단위는 원자입니다. 원자들이 모여서 물질을 이루고 있어요. 다양한 원자들이 있지만, 대표로 수소의 원자 모델의 전하(=속성)를 확인해볼게요.
원자의 중앙에는 중성자와 양성자(+)로 이루어진 원자핵이 존재하고 주변에는 전자가 존재한다고 고등학교 화학시간에 배워서 이미 알고 있죠.
이때, 주변에 전자의 전하량(전기적인 힘을 발생시키는 속성의 크기)는 -1.602 * 10^-19 (C) 이고,
중앙에 양성자의 전하량은 +1.602 * 10^-19 (C)입니다.
중앙에 중성자의 전하량은 0입니다.
(1C은 전자 6.25 * 18개가 가진 전하의 크기의 합과 같다.)
수소 원자의 총 전하량은 +1.602*(10^-19) + -1.602*(10^-19) = 0입니다.
즉, 수소원자는 전기적인 힘을 발생시키는 속성의 크기가 0이므로 어떠한 전기적인 현상도 일으키지 않는다. 하지만 이때 전자를 원자핵으로부터 분리시키면 전자는 -1.602*10^-19크기의 전하를 갖고, 전자가 분리되고 남은 수소원자는 +1.602*10^-19 크기의 전하를 가지게된다. 이렇게 발생한 전기적인 힘을 '전기력(=전압)'이라고 하고 이 힘에 의해 전하가 이동하는 것을 '전류'라고 한다.
정리하면, 원소에서 양전하와 음전하가 분리되면 전기력(전압)이 발생한다.
발생된 전기력(전압)에 의해 전하가 이동하면 전류 발생
전하는 전기적인 힘을 발생시키는 속성으로 모든 전기적 현상을 해석하는 근원이다.
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