[2023] II-1-02. 전류와 전압, 그리고 저항 1

1. 전류와 전압

이 단원에서는 전류와 전압, 그리고 저항의 관계에 대해 다룰 것이다. 우리는 원자 단원에서 모든 원자들은 원자핵과 전자로 이루어져 있다는 것을 배웠다. 전자는 원자핵 중심을 원운동하고 있다는 것 역시 학습한 바가 있다. 특별한 상황이 오지 않는 한 전자는 원자핵 주위를 무질서하게 운동한다(그림 1).
 

 

만약 전자가 특정 방향으로 움직이도록 하는 어떤 압력이 작용한다면 어떨까? 아마 전자는 그 방향으로 흐르게 될 것이다(그림 2). 이렇게 전자가 흐르게 전하 역시 움직이게 된다. 이에 따라 일정한 방향으로 전하의 흐름이 발생하는데, 이를 전류(electric current)라고 하며, 기호는 I를 사용한다¹⁾. 또한 단위는 A(Ampare, 암페어)를 사용하게 된다.

-----
1) ‘흐름의 강도’를 의미하는 프랑스어인 intensité du courant에서 유래하였다.

전류는 도선의 (+)극에서 (-)극으로 이동한다. 그런데 문제가 있다. 전류는 전하의 흐름이지만 이러한 전하는 실제로는 전자가 움직이며 발생한다. 전자는 (-)전하를 띠므로, 전자의 이동 방향은 (-)극에서 (+)극 방향이 된다. 어째서 이런 일이 일어났을까?
이러한 일이 발생한 까닭은 전류가 발견되었을 당시에 아직 전자가 발견되지 않았기 때문이다. 전자가 발견되기 이전에 이미 전류의 방향은 (+)극에서 (-)극으로 이동하는 것이라고 정의가 되었기 때문에, 훗날 전자가 발견된 후에도 전류의 방향은 바꾸지 않는 것으로 합의되었다. 따라서 정리하면, 전자의 이동 방향과 전류의 방향은 서로 반대이다.
위에서 필자가 한 말을 다시 생각해 보자. 전류가 흐르기 위해서는 어떤 ‘압력’이 필요하다고 했다. 불규칙하게 움직이는 전자들을 규칙적으로 (-)극에서 (+)극으로 이동하게 만들기 위해서는 어떤 능력, 혹은 압력이 필요하게 되는데, 이를 전압(Voltage)이라고 하며, 기호는 V를 사용한다. 또한 단위는 V(Volt, 볼트)라고 한다.
 

[자료] 물의 흐름과 전기 회로의 비유

중학교 수준에서 전기 회로를 이해하는 가장 쉬운 예씨는 바로 물의 흐름과 연결지어 생각하는 것이다. 전류는 전자의 흐름이므로, 이를 물의 흐름에 비유할 수 있다. 한편 전류가 흐르기 위해서는 압력이 필요하듯이, 물이 흐르기 위해서도 압력이 필요하다. 물에 압력을 걸어주기 위해서는 물을 높은 곳까지 끌어올려야 하는데, 이를 해주는 것이 바로 펌프이다. 전기 회로에서 전압을 걸어주는 장치는 전지이다. 물이 흐르는 관은 수도관이라고 하고, 전류가 흐르는 선은 도선이라고 한다. 마지막으로, 물이 흐르는 것을 차단하는 장치를 밸브라고 하며, 전기 회로에서 전류가 흐르는 것을 차단하는 장치는 스위치이다.

 
Edited 23.11.01
Edited by 푸른삿포로