[전자공학] 전압강하

글의 참고

- https://ko.dict.naver.com/#/entry/koko/fd3a8c53c67b469487e6a2e6d28d811b

- https://springwindofgod.tistory.com/7

- https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=foryou2064&logNo=100056476677 

- https://gongkachu12.tistory.com/36

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글의 전제

- 내가 글을 쓰다가 궁금한 점은 파란색 볼드체로 표현했다. 나도 모르기 때문에 나중에 알아봐야 할 내용이라는 뜻이다.

- 밑줄로 작성된 글은 좀 더 긴 설명이 필요해서 친 것이다. 그러므로, 밑 줄 처친 글이 이해가 안간다면 링크를 따라서 관련 내용을 공부하자.

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글의 내용

 

- 정의, 목적, 소개

• 도체 속에 전류가 흐를 때, 그 저항에 의하여 전류의 방향으로 전위가 내려가는 현상. 또는 그 양 끝의 전위차.
• 아래 그림을 보자. 저항이 하나있다. 전류(I)는 A -> B 방향으로 흐른다. 그런데 이 때 전류가 저항(R)을 지나가게 된다. 이 때, 저항을 기점으로 양쪽(앞,뒤) 끝 A와 점 B 사이의 전위차 V는 Va - Vb이다. 이와 같이 저항을 통과하면서 발생하는 전위의 감소를 전압 강하 라고 부른다.

출처 - http://sciencenanum.net/physics/electromagnetism/circuit_02_03.html

• 이걸 좀 더 과학적이고 물리적인 측면에서 설명하자면, 전자들이 저항을 지날 때 전기적 위치에너지를 잃게 된다. 따라서 전위가 감소하게 된다. 

 

 

- 구조

• 일반적으로 건전지와 같이 전선을 연결했을 때, 전압(전위차)을 발생시키는 장치를 전압원이라고 한다. 즉, 전압을 만들어내는 원천이라는 뜻이다.

출처 - https://gongkachu12.tistory.com/36

• 건전지의 부분중 길고 두꺼운 직선을 (+)극, 짧고 얇은 직선을 (-)으로 표현한다. 전류는 (+) -> (-)으로 흐른다.
• 어떤 지점의 전압이 10V 라는 말은 그 지점에서 전기 입자들이 가진 전기적인 위치 에너지가 10V 라는 뜻이다. 10V 전압원이 연결된 회로에 저항이 연결되어 있다면, 처음 (+) 극에서 나올 때, 10V 만큼의 에너지를 가지고 있던 전기 입자들은 저항을 거쳐서 (-)극으로 들어갈 때는 모든 에너지를 소모하고 0V인 상태가 된다. 즉, 저항을 지나면서 전압이 떨어지는 현상이 발생한다. 이러한 현상이 전압강하 인 것이다. 그리고 나서 다시 전압원을 통과해 10V 만큼의 에너지로 회복되어 지속적으로 전류가 흐르게 된다.

출처 - https://gongkachu12.tistory.com/36

• 전압강하는 V = IR 만큼 발생한다. 위위 예제에서 전압(10)과 저항(2)이 주어졌으므로, 전류(2)를 구할 수 있다. 저 5옴 저항에서 발생하는 전압강하는 몇일까? 2A * 2옴 = 10V 가 된다. 즉, 5옴을 지나고 나서 전압은 0V가 된다. 즉, 처음에 전압원에서 막 나왔을 때는 10V 였지만, 저항을 지나면 10V 만큼의 전압강하 발생해 0V가 된다는 것이다.

 

• 회로에서 2개 이상의 저항이 있다면 전압강하는 어떻게 될까?

출처 - https://gongkachu12.tistory.com/36

• 위 그림에서 직렬 연결 회로에서 합성 저항은 값은 2 + 3 = 5가 된다. 그렇면 10 = I * 5 에서 전류 I는 몇일가? I = 2A 가 된다. 여러 개의 저항이 존재할 때는 각 저항에 대해 전압 강하를 구하면 된다. 결론적으로 다음과 같다.
  • 전압원에서 막 나온 전압 = 10V
  • 직렬 연결로 회로의 모든 지점에 흐르는 전류 = 2A
  • 2A * 2옴 = 4V 전압 강하 = 2옴을 지나고 나서 전압 = 10 - 4V = 6V
  • 2A * 3옴 = 6V 전압 강하 = 3옴을 지나고 나서 전압 = 6V - 6V = 0V
• 결국 최종적으로 전체 전압 강하가 10V가 된다는 점에 주목해야 한다. 즉, 전압원에서 발생하는 전체전압이 각각의 저항에서의 전압강화의 합과 동일하다는 것이다. 이 법칙을 KVL이라고 한다.  

출처 - https://gongkachu12.tistory.com/36

• 저항이 여러개 여도 결국 결론은 10V 만큼의 에너지를 얻고 나면 모든 저항을 거쳐 10V를 모두 소지한다는 것이다.

 

• 문제를 하나 풀어보자.

출처 - https://gongkachu12.tistory.com/36

• V3은 몇일까? 저항과 전류가 없으니 못구한다? 아니아니아니 아니덴다. KVL에 의해서 V = V1 + V2 + V3이므로, 20 = 5 + 7 + V3 가 된다. V3 = 8V가 된다.