2022.12.02

안녕하세요, 영국 맨체스터 대학교에서 전기전자 공학과 1학년 재학중인 유학생입니다. 한국 고등학교에서 공부했던 물리로는 전자기학을 따라가기엔 많이 부족해 따라가기 위해 혼자서 찾아보며 공부해야하는 상황이 너무 많았습니다. 개인적으로 노트에 정리해두고 있지만, 필요할때마다 쉽게 접근해 찾아볼 수 있고 혹여나 필요하신 분들에게 도움이 되었으면 하는 마음에 이 블로그를 시작합니다. 감사합니다.

⚡️ 전압(Voltage)이 뭐야?

첫 수업에서 교수님이 물은 질문에 말문이 막혔다. "How would you define the Voltage?" 라는 질문에 혼자 곰곰히 생각해보았지만 딱히 만족할만한 답변이 떠오르지 않았다. 그 날 집에 돌아와 전자기학의 기초부터 아무것도 모른다고 가정하고 공부하기 시작했다.

전자기학에서 전압은 전기장 내에서 전기를 흐르게 하는 요소 이다. 정의를 보면 다음과 같다.

전압 (Voltage): 전기장 내에서 전자가 갖는 전위의 차이

여기서 중요한 점은 전압은 회로내 두 지점 사이의 전위 차이의 극성을 (Polarity) 나타내는 것이다. 양 (+, 플러스), 음 (-, 마이너스) 값을 가지며 에너지 수준 (Energy level)의 높고 낮음 을 나타낸다. 아래 예시를 확인해보자.

위 사진을 보면, 플러스(+)가 A 터미널에 가깝고, 마이너스(-)가 B 터널에 가까운 것을 확인할 수 있다. 이해하기 쉽게 풀어 얘기해보면, 터미널 A와 B 사이 전위차가 존재하고, A 터미널이 B 보다 더 큰 전압을 가진다.

하지만 주의해야할 점이 있다. 위 해석은 전압 (V) 값이 양 (Positive) 일 때에 적용 가능하다.
만약, 전압(V) 값이 음(Negative)이라면, 반대로 해석해야 한다.

전압 (V) 값이 음 (Negative) 일 때

전압(V)이 마이너스 (-) 값을 가질때에는 첫 번째 예시 사진을 위 예시 사진과 같이 전압의 +, - 위치를 바꿔줄 수 있다.

🪫 전위 (Potential Difference)

그렇다면 전위는 무엇일까? 전위는 사실 전압과 사실상 동일한 단어이다. 전위는 회로 내에서 두 지점 사이의 전자의 위치 에너지 차이 라고 정의할 수 있다. 그리고 그 차이를 전압 (Volts)로 나타내며, 그 크기가 전자를 한 지점에서 다른 지점으로 움직이게 할 수 있는 위치 에너지이다. 다시말해 전압의 크기는 전자를 얼마나 일 (Work) 시킬 수 있는지를 나타내는 셈이다.

⚡️ 전압과 전류 (Current) 의 방향의 관계

직류 전원 (DC Circuit) 분석을 할 때에 정말 중요한 점은 바로 전압의 극(Voltage Polarity)과 전류의 방향(Current Direction) 일 것이다. 자연의 섭리는 전자기학에서도 적용이 된다. 모든 물체는 위에서 아래로 떨어지듯이 전류 또한 높은 전압에서 낮은 전압으로 떨어진다.

하지만 전자의 방향은 전압의 값이 음(-)에서 양(+)의 방향으로 전류의 방향과 반대이다. 쉽게 설명하는 방법으로는 전압의 극성 성질을 이용할 수 있다. 위 사진을 보면, 마이너스 전압으로부터 같은 마이너스 극을 가지고 있는 전자는 서로 미는 힘이 작용해 마이너스(-)에서 플러스(+) 방향으로 운동하는 것이다.

첫 글은 전자기학의 기초가 되는 전압에 대해서 작성을 해보았다. 시간이 날 때마다 작성할 예정이다. 그럼 좋은 하루 보내었으면 한다!