오픈 회로에서 무한한 전압과 영 전류의 원인은 무엇인가?

전압의 특성 이해: 개방 회로 전압 무한대 (이론적)

전압 정의

전압은 전기장 힘이 단위 양전하를 한 점에서 다른 점으로 이동시키는 데 필요한 작업량입니다 즉

U=W/q

전압이 있으면 작업이 있고 전하가 있습니다. 개방 상태에서는 전류 경로가 없으므로, 전기장의 관점에서 고려할 수 있습니다.

개방 회로에서의 전기장 조건

회로가 열려있을 때, 전원의 양극과 음극 사이에 전기장이 있다고 가정합니다. 전류가 없으므로, 전하가 회로를 통해 이 전기장을 균형잡히게 할 수 없습니다. 이론적으로, 전하 q를 전원의 음극에서 양극으로 (전기장 선의 방향대로) 이동시킨다면, 전류 경로가 없기 때문에 이 과정에서 다른 에너지 손실 (예: 도체의 저항으로 인한 열 손실 등)이 발생하지 않습니다. 따라서 전기장 힘을 극복하기 위해 무한한 작업이 필요하며, 전압의 정의에 따르면 이때 전압은 무한대에 가까워집니다. 그러나 이것은 이상적인 이론적 상황이며, 실제로는 누설 없이 완전한 개방 회로는 존재하지 않습니다.

개방 회로에서의 전류가 0인 원인

전류 형성 조건

전류는 전하의 방향성 있는 움직임으로 형성됩니다. 회로에서 지속적인 전류를 위해서는 두 가지 조건이 충족되어야 합니다: 첫째, 자유롭게 움직일 수 있는 전하 (예: 금속 도체의 자유 전자)가 있어야 하고, 둘째, 전하를 방향성 있게 움직이게 하는 전기장이 있어야 하며, 회로는 폐쇄되어 있어야 합니다.

회로가 열려있는 상태

열린 상태에서는 회로가 폐쇄된 루프가 아닙니다. 예를 들어, 중간에서 전선이 끊어진 경우, 전선에는 자유 전자가 있지만 (자유롭게 움직일 수 있는 전하), 전원의 양쪽 끝에는 전기장이 있으나, 회로가 끊어져 있기 때문에 전자는 끊어진 부분에서 방향성 있는 움직임을 형성할 수 없으므로 전류는 0입니다.