옴의 법칙 - 전압, 전류 및 저항의 관계

첫 번째이자 아마도 가장 중요한 전류, 전압 및 저항 사이의 관계는 옴의 법칙이라고 하며 Georg Simon Ohm이 발견하고 1827년 논문인 The Galvanic Circuit Investigated Mathematically에서 발표했습니다.

전압, 전류 및 저항

전하가 지속적으로 이동할 수 있도록 전도성 경로가 생성되면 전기 회로가 형성됩니다. 회로의 도체를 통해 전하가 계속해서 이동하는 것을 전류라고 합니다. , 중공 파이프를 통한 액체의 흐름과 마찬가지로 종종 "흐름"이라는 용어로 언급됩니다.

전하 캐리어가 회로에서 "흐르게" 하는 힘을 전압이라고 합니다. . 전압은 항상 두 지점 사이에 상대적인 위치 에너지의 특정 측정값입니다.

회로에 존재하는 특정 양의 전압에 대해 말할 때 우리는 얼마나 많은 잠재력이 에너지는 해당 회로의 특정 지점에서 다른 특정 지점으로 전하 캐리어를 이동시키기 위해 존재합니다. 두 에 대한 참조 없이 특정 지점에서 "전압"이라는 용어는 의미가 없습니다.

전류는 어느 정도의 마찰 또는 움직임에 반대되는 도체를 통해 이동하는 경향이 있습니다. 이러한 움직임에 대한 반대를 저항이라고 하는 것이 더 적절합니다. . 회로에 흐르는 전류의 양은 전류의 흐름을 방해하는 회로의 전압과 저항의 양에 따라 달라집니다.

전압과 마찬가지로 저항은 두 점 사이의 상대적인 양입니다. 이러한 이유로 전압과 저항의 양은 종종 회로의 두 지점 "사이" 또는 "교차"로 표시됩니다.

측정 단위:볼트, 암페어 및 옴

회로에서 이러한 양에 대해 의미 있는 설명을 할 수 있으려면 질량, 온도, 부피, 길이 또는 다른 종류의 물리량을 정량화할 수 있는 것과 동일한 방식으로 양을 설명할 수 있어야 합니다. 질량의 경우 "킬로그램" 또는 "그램" 단위를 사용할 수 있습니다.

온도의 경우 화씨 또는 섭씨 온도를 사용할 수 있습니다. 다음은 전류, 전압 및 저항에 대한 표준 측정 단위입니다.

각 수량에 대해 주어진 "기호"는 대수 방정식에서 해당 수량을 나타내는 데 사용되는 표준 알파벳 문자입니다. 이와 같은 표준화된 문자는 물리학 및 공학 분야에서 일반적이며 국제적으로 인정받고 있습니다.

각 수량에 대한 "단위 약어"는 특정 측정 단위에 대한 약칭으로 사용되는 알파벳 기호를 나타냅니다. 그리고 네, 이상하게 생긴 "말굽" 기호는 그리스 대문자 Ω입니다. 외국어 알파벳(여기에 있는 그리스 독자들에게 사과).

각 측정 단위는 전기 분야의 유명한 실험가의 이름을 따서 명명되었습니다. amp 프랑스인 Andre M. Ampere, 볼트 이후 이탈리아 Alessandro Volta, 그리고 ohm 이후 독일 Georg Simon Ohm 이후

각 수량에 대한 수학적 기호도 의미가 있습니다. 저항의 "R"과 전압의 "V"는 모두 자명한 반면 전류의 "I"는 약간 이상해 보입니다. "I"는 "강도"(전하 흐름의)를 나타내는 것으로 생각되고, 전압에 대한 다른 기호 "E"는 "기전력"을 나타냅니다. 내가 할 수 있었던 연구에 따르면 "나"의 의미에 대해 약간의 논쟁이 있었던 것 같습니다.

일부 텍스트는 소스(예:배터리 또는 발전기)의 전압을 나타내는 "E"와 다른 모든 항목의 전압을 나타내는 "V"를 예약하지만 기호 "E"와 "V"는 대부분 서로 바꿔 사용할 수 있습니다.

이러한 모든 기호는 양(특히 전압 또는 전류)이 짧은 기간("순시" 값이라고 함)으로 설명되는 경우를 제외하고 대문자를 사용하여 표시됩니다. 예를 들어, 장기간 안정되어 있는 배터리의 전압은 대문자 E로 표기하고, 낙뢰가 전력선에 부딪히는 순간의 전압 피크는 대부분의 경우 소문자 "e"(또는 소문자 "v")로 기호화하여 해당 값이 한 순간에 있음을 나타냅니다.

이 동일한 소문자 규칙은 전류에도 적용되며 소문자 "i"는 특정 시점의 전류를 나타냅니다. 그러나 대부분의 직류(DC) 측정은 시간이 지남에 따라 안정적이며 대문자로 기호화됩니다.

쿨롱과 전하

전자 과정의 시작 부분에서 자주 가르치지만 이후에는 드물게 사용되는 전기 측정의 기본 단위 중 하나는 쿨롱 단위입니다. , 이는 불균형 상태의 전자 수에 비례하는 전하의 척도입니다. 전하 1쿨롱은 전자 6,250,000,000,000,000,000개와 같습니다.

전하량의 기호는 대문자 "Q"이며 쿨롱 단위는 대문자 "C"로 축약됩니다. 전류 흐름의 단위인 amp는 1초 동안 회로의 주어진 지점을 통과하는 1쿨롱의 전하와 같습니다. 이러한 용어에서 전류는 전하 운동 속도입니다. 지휘자를 통해.

앞에서 언급했듯이 전압은 단위 충전당 위치 에너지의 측정값입니다. 한 지점에서 다른 지점으로의 전류 흐름을 동기화하는 데 사용할 수 있습니다. "볼트"가 무엇인지 정확하게 정의하기 전에 "포텐셜 에너지"라고 부르는 이 양을 측정하는 방법을 이해해야 합니다. 모든 종류의 에너지에 대한 일반적인 미터법 단위는 줄입니다. , 1미터(같은 방향으로)의 운동을 통해 가해진 1뉴턴의 힘에 의해 수행된 일의 양과 같습니다.

영국군에서 이것은 1피트 거리에 가해진 힘의 3/4파운드보다 약간 적습니다. 일반적인 용어로 말하면 3/4파운드의 무게를 지면에서 1피트 높이거나 3/4파운드의 평행 당기는 힘을 사용하여 1피트 거리를 끄는 데 약 1줄의 에너지가 필요합니다. 이러한 과학적 용어로 정의하면 1볼트는 1쿨롱의 전하당 1줄의 전위 에너지와 같습니다. 따라서 9볼트 배터리는 회로를 통해 이동하는 전하 쿨롱당 9줄의 에너지를 방출합니다.

전기량에 대한 이러한 단위와 기호는 회로에서 이들 간의 관계를 탐구하기 시작하면서 알아야 할 매우 중요해집니다.

옴의 법칙 방정식

옴의 주요 발견은 회로의 금속 도체를 통과하는 전류의 양이 주어진 온도에서 회로에 가해진 전압에 정비례한다는 것입니다. Ohm은 전압, 전류 및 저항이 상호 연관되는 방식을 설명하는 간단한 방정식의 형태로 자신의 발견을 표현했습니다.

이 대수식에서 전압(E)은 전류(I)에 저항(R)을 곱한 것과 같습니다. 대수학 기술을 사용하여 이 방정식을 두 가지 변형으로 조작하여 각각 I 및 R에 대해 해결할 수 있습니다.

옴의 법칙으로 간단한 회로 분석

이 방정식이 간단한 회로를 분석하는 데 어떻게 도움이 되는지 봅시다.

위의 회로에는 하나의 전압 소스(왼쪽의 배터리)와 전류에 대한 저항 소스(오른쪽의 램프)만 있습니다. 이것은 옴의 법칙을 적용하는 것을 매우 쉽게 만듭니다. 이 회로에서 세 가지 양(전압, 전류 및 저항) 중 두 가지 값을 알고 있으면 옴의 법칙을 사용하여 세 번째 양을 결정할 수 있습니다.

이 첫 번째 예에서는 전압(E)과 저항(R) 값이 주어지면 회로의 전류(I) 양을 계산합니다.

이 회로에 흐르는 전류(I)의 양은 얼마입니까?

이 두 번째 예에서는 전압(E) 및 전류(I) 값이 주어지면 회로의 저항(R) 양을 계산합니다.

램프가 제공하는 저항(R)의 양은 얼마입니까?

마지막 예에서는 전류(I) 및 저항(R) 값이 주어지면 배터리가 공급하는 전압의 양을 계산합니다.

배터리에서 제공하는 전압은 얼마입니까?

옴의 법칙 삼각형 기법

옴의 법칙은 전기 회로를 분석하는 매우 간단하고 유용한 도구입니다. 그것은 전기 및 전자 연구에서 너무 자주 사용되어 진지한 학생이 기억에 전념해야합니다. 아직 대수학이 익숙하지 않은 분들을 위해 다른 두 개를 고려하여 모든 수량을 푸는 방법을 기억하는 요령이 있습니다.

먼저 E, I, R을 삼각형으로 배열합니다.