[물리1 요점정리] 전압과 전류 내용정리 - 비저항과 회로분석 요령

SKA'       비저항이란 무엇인가?

앞선 포스팅

2012/07/12 - [과탐공부/물리1 쉽게하기] - [물리1 요점정리] 전압과 전류 내용정리

에서 저항은 전류의 흐름을 방해하는 요소라고 했으며 물질마다 다르다고 했습니다.

사실 물질마다 다른것은 저항이 아니라 비저항입니다.

비저항이 작은 구리전선 100m와

비저항이 (비교적) 큰 철전선 5m가 있다고 하면

비저항은 구리가 작지만 저항은 구리전선이 더 큽니다.

왜냐하면 저항은 전선의 단면적과 길이와 물질의 물성인 비저항으로 결정되기 때문이죠.

저항은 전류(전자)의 흐름을 방해하는 요소입니다.

통로가 좁다면 (단면적이 작다면) 전자의 흐름은 방해받기 쉬울테고 저항은 커지겠지요. 

☞ 저항과 단면적은 반비례

통로가 길다면 (길이가 길어진다면) 전자는 긴 거리를 방해받아야하므로 저항은 또 커질겁니다. 

☞ 저항과 길이는 비례

그리고 비저항은 물질 고유의 특성입니다. 비저항이 크다는것은 물질자체가 전자의 흐름을 잘 방해한다는 것입니다. 

☞ 비저항과 저항은 비례

자 이제 비례관계를 알았으니 공식을 유도해 봅시다. 방법은,

비례관계는 곱으로

반비례관계는 나눗셈으로 처리하면 됩니다.

식을 약간 바꿔볼까요? 우변을 비저항ρ만 남기고 정리해봅시다.

자 이렇게 비저항의 단위는 [Ωm] 라는것을 알 수 있네요.

※ 비저항과 온도의 관계

도체의 비저항은 온도가 상승하게되면 상승

반도체/부도체의 비저항은 온도가 상승하게 되면 감소

※ 초전도체란?

도체의 비저항은 온도가 상승하게 되면 따라 상승한다고 했습니다.

거꾸로 말하면 온도가 낮아지면 비저항도 낮아져서 절대온도 0K에 거의 도달할 경우 저항이 0이 되는 물질을 말합니다.

SKA'       회로도의 분석 - 직렬과 병렬 연결?

전류를 물의 흐름과 빗대어서 설명하는 경우가 많은데 이것은 상당히 유용합니다.

일정한 높이에서 물이 떨어져야 돌아가는 물레방아를 저항,

흐르는 물의 양을 전류

물의 수위차이를 전압이라고 합시다.

그림처럼 한줄기의 강물이 두갈래로 나누어서 흐르게 되면 흐르는 물의 양은 절반이 되겠죠(전류는 각 수차의 합)

하지만 수차를 돌리는 물의 수위에는 변함이 없을겁니다. (전압=전위차은 일정)

이번에는 한줄기의 물을 그대로 두고 수차 두대를 나란히 세우면

흐르는 물의 양은 그대로일 것이고, (전류는 일정)

수차를 돌리는 물의 수위는 더 높아져야 할 것입니다. (전압=전위차는 각 수차의 합과 같음)

그리고 직렬연결과 병렬연결에서 저항관계는 위 관계에서 유도하면 됩니다.

병렬연결은 전압이 일정하고, 전류는 각 저항에서 흐르는 전류의 합입니다.

옴의 법칙은 여기에서도 동일하게 적용됩니다.

직렬연결에서는 전류가 일정하고 전압이 각 저항에 걸리는 전압의 합입니다.

동일하게 유도하면,

병렬연결에서 전체 저항의 역수는 각저항의 역수의 합과 같고,

직렬연결에서 전체 저항은 각저항의 합과 같습니다.

SKA'       회로도 분석의 기본

1) 전체 전압, 전체 전류, 전체 저항을 구하라.

☞ 필시 문제에서는 전체 전압이나 전류를 주어주며 각 저항값이나 전류값을 알려줄 것입니다.

전체 전압이나 저항, 전류를 우선 구합니다. 이것은 복잡해 보이는 회로도를 간단히 하여 문제해결의 실마리를 줍니다.

일반적으로 병렬저항을 먼저 합성하고, 직렬저항을 마지막에 합성합니다.

전체 저항이 나오게 되면 전체 전압이나 전류와 옴의 법칙을 사용해서 문제를 풀면 되겠습니다.

2) 병렬연결에서 한쪽 저항이 0이 되면 전류는 그쪽으로만 흐른다. 회로가 끊어지면 안끊어진쪽으로만 전류가 흐른다.

약간 복잡해보이는 회로에서 저항을 없애버리는 경우와, 스위치를 달아서 스위치를 열게되면(회로가 끊어짐) 어떻게 될까요? 아래 그림을 한번 따라가 보시죠.

이해되시나요?

☞ 저항은 전자의 흐름을 방해하는 요소입니다. 저항이 없어지면 전자는 그쪽으로만 흐르려고 하겠죠.

(사실 완전히 그런것은 아닙니다만, 고등학교 과정에서는 요정도로 알고 있어도 무방하겠습니다.)

수능이나 모의고사에 사람 열통채우는 문제로 자주 출제됩니다. 스위치나 가변저항을 달아서요.

SKA'       요약

1. 저항은 비저항과 길이, 단면적에 의해 결정되며 비저항과 길이에는 비례하고 단면적에는 반비례한다.

2. 비저항은 도체의 경우 온도가 상승하면 같이 상승한다. 

3. 저항의 직렬연결에서 전류가 일정하다.

4. 저항의 병렬연결에서는 전압이 일정하다.

약간 늘어지는 감이 없지않아 있는데, 많은 내용을 다루면 제가 늘어질꺼같아서 조금씩 올릴께요. 꾸준한 페이스로 하면 과탐 4과목+선택과목1개 정도는 수능까지 다 할 수 있을꺼같습니다. 일주일에 한과목씩 돌아가면서 매일 포스팅됩니다.

다음 포스팅은 물리1 전력과 전력량에 관한 이야기 입니다.

다음주는 생물2를 시작해볼까합니다. 조언이나 요청은 댓글이나 이메일로 보내주시면 참고하겠습니다.

그리고 제가 감수해주시는분이 계신것이 아니라 오타나 실수들이 많습니다. 발견하시고!!!!알려주시면 제가 자기전에 물떠놓고 대박터지도록 기도해드리겠습니다.