하드웨어 입문 : 6장 회로의 기초 (1)

6장, 회로의 기초

원자와 분자
모든 물체는 분자의 결합으로 이루어져 있고, 분자는 원자라는 더 작은 물질로 이루어져 있다.

원자의 구성요소로는 + 성질을 띠는 양자와 아무런 성질을 띠지 않는 중성자로 이루어진 원자핵이 있고, 그 주위를 - 성질을 띠는 전자가 돌고 있다.
원자에 포함된 양자와 전자의 수가 같은 상태에서는 +도, -도 아닌 안정된 상태에 있게 된다.

그러나 어떤 에너지에 의해 전자가 원자 밖으로 튀어나가게 되는 경우 원자는 양자의 수가 더 많아져 +의 성질을 띠게 된다. 그리고 전자는 원자의 테두리를 벗어나 -의 성질을 가지고 자유롭게 움직이게 된다. 이 전자를 자유 전자라고 한다.

전자가 빠져나간 원자의 상태를 +의 성질이 생겼다하여 정전하라고 하고, 전자의 상태를 -의 성질이 생겼다 하여 부전하라고 한다.

다른 전하끼리는 끌어 당기는 작용을 하지만, 정전하끼리, 부전하끼리, 같은 전하끼리는 밀어내는 작용을 한다. 그리고 정전하, 부전하가 서로 끌어당겨 합쳐지게 되면 정전하(원자)의 부족했던 전자의 자리가 채워져 안정된 상태가 되어 +,- 중의 어떤 성질도 띠지 않는 상태가 된다.

마찰 에너지에 의해 - 성질을 띠는 부전하나 + 성질을 띠는 정전하가 어딘가의 물체에 축적된 상태를 정전기라고 한다.

정전하와 부전하가 서로 당겨 합쳐지려고 하는 현상을 전기의 흐름이라고 하여 전류라고 한다.

도체와 부도체

도체는 전기가 잘 통하는 물체이고, 부도체는 전기가 잘 통하지 않는 물체이다.

도체는 자유 전자를 많이 포함하고 있기 때문에 전기가 잘 통하는 것이고, 부도체는 자유전자를 거의 포함하고 있지 않기 때문에 전기가 잘 통하지 않는다.

전류와 전압

전류랑 : 전류량의 측정 단위 암페어(Ampere)를 사용하고, 기호로써 'A'를 사용 한다.
1A는 1초간 1쿨롱의 전하가 흐르는 양을 표현한다. 쿨롱(Coulomb : C)이란 물체가 전기를 띤 상태를 말하며 전하의 단위이다.

전압 : 전기는 전자를 움직이는 힘, 압력의 단위로도 측정하는데 이를 전압이라고 한다.
자유 전자는 보통때에는 움직이지 않고 전압을 가했을 때에 비로소 움직이게 된다. 전압이 높은 수록 자유 전자의 움직임이 많아지고 전류가 높아지게 되는 것이다.

저항

전기, 전자회로에서 저항이란 전기가 잘 통하지 못하게 하는 것을 말한다. 이것은 방해한다는 나쁜 의미가 아니며, 오히려 우리는 저항을 이용하여 회로에서 전압을 낮추거나 전류를 제어 한다.
저항도 부도체에 해당하며 부도체적인 성질을 얼마나 가지는가에 따라 각 개당 값을 가지고 있는데, 이렇게 전기를 통하지 못하게 하는 정도를 저항 값이라고 하고 옴(Ohm : Ω)이라는 단위를 사용한다.

저항의 저항 값을 읽는 방법

직렬 회로의 계산

옴의 법칙 : 직렬 회로의 계산에 항상 적용되는 옴의 법칙이 존재한다.
① 전압을 V, 전류를 I, 저항을 R이라고 하면, 전압은 V=IR 즉, 전류와 저항값을 곱한 수가 전압
② 전압은 전류와 저항의 크기에 비례한다.

③ 전류는 I=V/R 즉, 전압 값을 저항 값으로 나눈 수가 된다.
④ 전류는 전압의 크기에 비례하고, 저항의 크기에 반비례 한다.

⑤ 저항은 R=V/I 즉, 전압 값을 전류 값으로 나눈 수가 된다.
⑥ 저항은 전압의 크기에 비례하고, 전류의 크기에 반비례 한다.

★ 'V=IR' - '브이는 아이알'

예) 100V 전압이 나오는 전지와 50옴의 저항이 연결된 회로에서의 저항을 통해 흐르는 전류 값은 ?

I = 100V/50Ω = 2A

병렬 회로의 계산

I1 = V/R1 I2=V/R2
I = I1 + I2 = V/R1 + V/R2 = (1/R1 + 1/R2)V
I = V/R 이므로
V/R = (1/R1 + 1/R2)V
좌우의 식을 각각 V로 나누면,
1/R = 1/R1 + 1/R2가 되며,
이는 다시,
R = 1/(1/R1 + 1/R2)가 되며, 정리하면,
R = R1R2 / R1+R2가 된다.