전기 전류: 무엇인가?

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필드: 기본 전기학

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전기 전류란?

전기 전류는 전자나 이온과 같은 전하 입자가 전기 전도체 또는 공간을 통해 이동하는 것을 말합니다. 이것은 시간에 따른 전하의 흐름 비율입니다. 전기 전류는 수학적으로 (예: 공식에서) "I" 또는 "i" 기호로 표현됩니다. 전류의 단위는 암페어(A)입니다.

수학적으로, 시간에 따른 전하의 흐름 비율은 다음과 같이 표현할 수 있습니다,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

즉, 전기 전도체 또는 공간을 통해 이동하는 전하 입자의 흐름을 전기 전류라고 합니다. 이동하는 전하 입자는 전하 운반자로, 전자, 홀, 이온 등이 될 수 있습니다.

전류의 흐름은 전도 매체에 따라 달라집니다. 예를 들어:

전도체에서는 전류의 흐름이 전자 때문입니다.
반도체에서는 전류의 흐름이 전자나 홀 때문입니다.
전해질에서는 전류의 흐름이 이온 때문입니다.
플라즈마(이온화된 가스)에서는 전류의 흐름이 이온과 전자 때문입니다.

전도 매체의 두 점 사이에 전기 잠재 차가 적용되면, 높은 잠재에서 낮은 잠재로 전기 전류가 흐르기 시작합니다. 전압이나 잠재 차가 클수록 두 점 사이의 전류가 더 많이 흐릅니다.

회로의 두 점이 같은 잠재를 가지면, 전류가 흐를 수 없습니다. 전류의 크기는 두 점 사이의 전압이나 잠재 차에 따라 달라집니다. 따라서, 우리는 전류가 전압의 결과라고 말할 수 있습니다.

전류는 전자기장을 생성하며, 이는 인덕터, 변압기, 발전기 및 모터에서 사용됩니다. 전도체에서는 전류가 저항적인 가열 또는 주얼 가열을 일으켜 백열등에서 빛을 발생시킵니다.

시간에 따라 변하는 전류는 통신에서 데이터를 방송하는 데 사용되는 전자파를 생성합니다.

교류와 직류

전하의 흐름에 따라 전류는 두 가지 유형으로 분류되며, 즉 교류 (AC)와 직류 (DC)입니다.

교류

주기적으로 방향을 바꾸면서 흐르는 전하의 흐름을 교류 (AC)라고 합니다. 교류는 또한 "AC Current"라고도 불립니다. 기술적으로 보면 "AC Current Current"라고 말하는 것과 같습니다.

교류는 주기적인 간격으로 방향을 변경합니다.

교류는 0에서 시작하여 최대치까지 상승하고 다시 0으로 감소한 다음 반대 방향으로 최대치까지 도달하고 다시 원래 값으로 돌아가며 이 사이클을 무한히 반복합니다.

교류 파형은 사인파, 삼각파, 사각파, 톱니파 등이 있을 수 있습니다.

파형의 특수성은 중요하지 않으며, 반복되는 파형이면 됩니다.

그럼에도 불구하고 대부분의 전기 회로에서는 교류의 일반적인 파형은 사인파입니다. 아래 이미지에서 볼 수 있는 대표적인 사인파 형태의 교류입니다.

교류발전기교류발전기는 교류를 생성할 수 있습니다. 교류발전기는 교류를 생성하도록 설계된 특수한 유형의 전기 발전기입니다.

교류 전력은 산업 및 주거용 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

직류

전하가 한 방향으로만 흐르는 것을 직류(DC)라고 합니다. DC는 "DC Current"라고도 불립니다. 이는 기술적으로 동일한 내용을 두 번 말하는 것("Direct Current Current")이지만 그렇습니다.

직류는 한 방향으로만 흐르므로 일방향 전류라고도 합니다. 아래 이미지는 직류의 파형을 보여줍니다.

직류는 배터리, 태양광 셀, 연료전지, 열전대, 콤뮤테이터형 전기 발전기 등으로 생성될 수 있습니다. 교류는 정류기를 사용하여 직류로 변환할 수 있습니다.

직류 전력은 일반적으로 저전압 응용 분야에서 사용됩니다. 대부분의 전자 회로는 직류 전원 공급이 필요합니다.

전류는 어떤 단위로 측정됩니까?

전류의 SI 단위는 암페어 또는 암프입니다. 이는 A로 표시됩니다. 암페어 또는 암프는 전류의 기본 SI 단위입니다. 암페어 단위는 위대한 물리학자 앤드루 마리 암페레의 이름을 따서 명명되었습니다.

SI 시스템에서 1 암페어는 두 점 사이에서 1 쿨롱/초의 속도로 전하가 흐르는 것을 의미합니다. 따라서,

$\begin{align*} 1 \,\, Ampere = \frac {1\,\,Coulomb} {1\,\,Second} = \frac {C} {S} \end{align*}$

따라서 전류는 쿨롱/초 또는 C/S로도 측정됩니다.

전류 공식

기본적인 전류 공식은 다음과 같습니다:

전류, 전압 및 저항 간의 관계 (오름의 법칙)
전류, 전력 및 전압 간의 관계
전류, 전력 및 저항 간의 관계

이러한 관계들은 아래 이미지에 요약되어 있습니다.

전류 공식 1 (오름의 법칙)

오름의 법칙에 따르면,

$\begin{align*} V = I*R \end{align*}$

따라서,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R}\,\,A \end{align*}$

예제

아래 회로에서 $24\,\,V$ 의 공급 전압이 저항 $12\,\,\Omega$ 에 걸려 있습니다. 저항을 통과하는 전류를 결정하십시오.

해결책:

주어진 데이터: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

오름의 법칙에 따르면,

$\begin{align*} & I = \frac{V}{R} \\ & = \frac{24}{12} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

따라서 방정식을 사용하여 저항을 통과하는 전류는 $2\,\,A$ 입니다.

전류 공식 2 (전력 및 전압)

전송되는 전력은 공급 전압과 전기 전류의 곱입니다.

$\begin{align*} P = V*I \end{align*}$

따라서 전류는 전력 나누기 전압으로 얻습니다. 수학적으로,

$\begin{align*} I = \frac{P}{V}\,\,A \end{align*}$

여기서 $A$ 는 암페어 또는 앰프(전기 전류의 단위)를 나타냅니다.

예제

아래 회로에서 $24\,\,V$ 의 공급 전압이 $48\,\,W$ 램프에 적용됩니다. $48\,\,W$ 램프가 소비하는 전류를 결정하십시오.해결 방법:

주어진 데이터: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

공식에 따르면,

$\begin{align*} & I = \frac{P}{V} \\ & = \frac{48}{24} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

따라서 위의 방정식을 사용하여 $48\,\,W$ 램프가 소비하는 전류는 $2\,\,A$ 입니다.

전류 공식 3 (전력과 저항, 오믹 손실, 저항 가열)

우리는 $P = V * I$

이제 위의 방정식에 오옴의 법칙 $V = I * R$ 을 대입하면,

$\begin{align*} P = I^2*R \end{align*}$

따라서, 전류는 전력과 저항의 비율의 제곱근입니다. 수학적으로 이 공식은 다음과 같습니다:

$\begin{align*} I = \sqrt{\frac{P}{R}}\,\,A \end{align*}$

예제

아래 회로에서 $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ 램프가 흡수하는 전류를 결정하십시오

해결책:

주어진 데이터: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

위에서 보여진 전류, 전력, 저항 간의 관계에 따르면:

$\begin{align*} & I = \sqrt{\frac{P}{R}} \\ & = \sqrt{\frac{100}{20}} \\ & = \sqrt{5} \\ & I = 2.24\,\,A \end{align*}$

따라서, 이 방정식을 사용하면 $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ 램프가 소비하는 전류는 $2.24\,\,A$ 입니다.

전류의 차원

전류의 차원은 질량(M), 길이(L), 시간(T), 암페어(A)로 표현되며, 다음과 같습니다: $M^0L^0T^-^1Q$ .

전류(I)는 쿨롱/초로 표현됩니다. 따라서,

$\begin{align*} I = \frac{Q}{t} = \frac{[Q]}{[T]} = QT^-^1 = M^0L^0T^-^1Q \end{align*}$

전통적인 전류와 전자 흐름

전통적인 전류 흐름과 전자 흐름에 대해 약간의 오해가 있습니다. 두 가지 간의 차이점을 이해해보겠습니다.

전기 회로에서 전하를 운반하는 입자는 이동하거나 자유 전자입니다. 회로 내의 전기장의 방향은 정의상 양의 시험 전하가 밀리는 방향입니다. 따라서 이러한 음의 전하 입자, 즉 전자는 전기장과 반대 방향으로 흐릅니다.

전자 이론에 따르면, 전압 또는 전위차가 도체에 가해지면 전하 입자가 회로를 통해 흐르며, 이는 전기 전류를 구성합니다.

이러한 전하 입자는 높은 전위에서 낮은 전위로, 즉 배터리의 양극에서 음극을 통해 외부 회로로 흐릅니다.

그러나 금속 도체에서는 양의 전하 입자가 고정된 위치에 있으며, 음의 전하 입자, 즉 전자는 자유롭게 움직일 수 있습니다. 반도체에서는 전하 입자의 흐름이 양이나 음이 될 수 있습니다.

양의 전하 운반체와 음의 전하 운반체가 반대 방향으로 흐르는 것은 전기 회로에서 같은 효과를 미칩니다. 전류의 흐름이 양의 전하나 음의 전하, 또는 둘 다에 의해 발생하므로, 전류 방향에 대한 규약이 필요하며, 이는 전하 운반체의 종류에 독립적이어야 합니다.

전통적인 전류의 방향은 양의 전하 운반체가 흐르는 방향, 즉 높은 전위에서 낮은 전위로 간주됩니다. 따라서 음의 전하 운반체, 즉 전자는 전통적인 전류 흐름과 반대 방향으로, 즉 낮은 전위에서 높은 전위로 흐릅니다. 따라서 전통적인 전류와 전자 흐름은 서로 반대 방향으로 진행되며, 아래 이미지에서 보여집니다.

정류 전류: 배터리의 양극에서 음극으로 양전하 운반자의 흐름을 정류 전류라고 합니다.
전자 흐름: 전자 흐름은 전자 전류라고도 합니다. 배터리의 음극에서 양극으로 음전하 운반자, 즉 전자의 흐름을 전자 흐름이라고 합니다. 전자 흐름은 정류 전류 흐름과 반대 방향입니다.

아래 이미지에서 정류 전류와 전자 흐름의 방향을 확인할 수 있습니다.

정류 전류 대비 전도 흐름

대류 전류

대류 전류는 액체, 가스 또는 진공과 같은 절연 매질을 통한 전류 흐름을 의미합니다.

대류 전류는 도체가 필요하지 않으므로 오옴의 법칙을 만족하지 않습니다. 대류 전류의 예로는 진공관이 있으며, 이는 진공 상태에서 캐소드에서 방출된 전자가 아노드로 흐르는 경우입니다.

전도 전류

전도 전류는 어떤 도체를 통해 흐르는 전류를 의미합니다. 전도 전류는 도체가 필요하므로 오옴의 법칙을 만족합니다.

위치 이동 전류

저항과 커패시터가 병렬로 연결되어 있는 회로에서 전압 소스 V가 주어진 경우, 커패시터를 통한 전류 흐름은 저항을 통한 전류 흐름과 다릅니다.

저항을 통한 전압 또는 전위차는 다음 방정식에 의해 연속적인 전류 흐름을 생성합니다.

$\begin{align*} I_1 = \frac{V}{R} \end{align*}$

이 전류는 “전도 전류”라고 합니다.

이제 콘덴서를 통과하는 전류는 콘덴서의 전압이 변할 때만 흐르며, 이는 다음 방정식으로 주어집니다,

$\begin{align*} I_2 = \frac{dQ}{dt} = C \frac{dV}{dt} \end{align*}$

이 전류는 “위치 전류”라고 합니다.

물리적으로 위치 전류는 전하와 같은 물리적 양의 흐름이 없기 때문에 실제로 전류가 아닙니다.

전류 측정 방법

전기 및 전자 회로에서 전류 측정은 필수적인 매개변수입니다.

전류를 측정할 수 있는 기기는 아미미터라고 합니다. 전류를 측정하려면 아미미터를 측정하려는 회로와 직렬로 연결해야 합니다.

아미미터를 사용하여 저항을 통해 흐르는 전류를 측정하는 것은 아래 그림에 표시되어 있습니다.

전류는 갈바노미터를 사용하여 측정할 수도 있습니다. 갈바노미터는 전류의 방향과 크기를 모두 제공합니다.

회로를 끊지 않고 전류와 관련된 자기장을 감지하여 전류를 측정할 수 있습니다. 회로를 끊지 않고 전류를 측정하기 위한 다양한 기기가 있습니다.

전류에 관한 일반적인 질문들

전기에 대한 몇 가지 일반적인 질문들을 살펴보겠습니다.

전기 전류를 측정하는 데 전자석을 사용하는 것은?

갈바노미터는 전자석을 사용하여 전기 전류를 측정하는 계측기입니다.

갈바노미터는 절대적인 기기로서, 편각의 탄젠트로 전기 전류를 측정합니다.

갈바노미터는 직접 전기 전류를 측정할 수 있지만, 이는 회로를 끊는 것을 포함하므로 때때로 불편할 수 있습니다.

전기 전류가 어떻게 자기력을 생성하는가?

자기장 내에 배치된 전류를 통한 도체는 전류가 전하의 흐름이기 때문에 힘을 경험하게 됩니다.

아래 그림 (a)와 같이 전류를 통한 도체를 고려해봅시다. 플레밍의 오른손 법칙에 따르면, 이 전류는 시계 방향으로 자기장을 생성합니다.

企业微信截图_17098660781451.png 企业微信截图_17098660847078.png

전기 전류에 의해 생성된 자기력

도체의 자기장 결과로, 도체 위의 자기장을 강화하고 아래의 자기장을 약화시킵니다.

자기장 선은 마치 늘어난 고무줄과 같으므로, 도체를 아래 방향으로 밀어내며, 즉 힘이 아래쪽으로 작용함을 나타냅니다. (b) 그림 참조.

이 예는 전류가 흐르는 도체가 자기장에서 힘을 받는다는 것을 말합니다. 다음 방정식은 전류가 흐르는 도체에 작용하는 자기력의 크기를 결정합니다.

$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

전류를 흐르게 하기 위해서는 다음 조건이 필요합니다

전류를 흐르게 하기 위해서는 다음과 같은 조건이 필요합니다:

두 점 사이에 존재하는 전위차. 회로의 두 점이 동일한 전위에 있다면, 전류는 흐를 수 없습니다.
배터리나 전지와 같은 전압 소스 또는 전류 소스, 이는 자유 전자를 강제로 움직여 전류를 생성합니다.
전하를 운반하는 도체 또는 선.
회로는 폐쇄적이거나 완전해야 합니다. 회로가 열려 있다면, 전류는 흐를 수 없습니다.

이들은 전류를 흐르게 하기 위한 필요한 조건들입니다. 아래 이미지는 폐쇄 회로를 통해 전류가 흐르는 모습을 보여줍니다.

전류와 정전기의 차이점 중 가장 잘 설명하는 것은 무엇인가요

전류와 정전기의 주요 차이점은 전류에서는 전자가 도체를 통해 흐른다는 것입니다.

반면에, 정전기에서는 전하가 물질의 표면에 축적되어 정지 상태에 있습니다.

전류는 전자의 흐름으로 인해 발생하지만, 정전기는 한 물체에서 다른 물체로의 음전하의 이동으로 인해 발생합니다.

전류는 도체에서만 발생하지만, 정전기는 도체와 절연체 모두에서 발생할 수 있습니다.

전류가 자기극에 어떻게 영향을 미치는가?

우리는 전류가 흐르면, 즉 전하가 움직이면 자기장을 생성한다는 것을 알고 있습니다. 만약 자기장을 가진 자석을 자기장에 놓으면, 그 자석은 힘을 받습니다.

전기 충전, 즉 전류에 있어서 같은 자극은 서로 끌어당기고 반대되는 자극은 서로 밀어내는 성질이 있습니다. 따라서 우리는 전류가 자기장을 통해 자극에 영향을 미친다고 말할 수 있습니다.

전류를 측정하는 도구는 무엇인가요

전류를 측정할 수 있는 기기는 암미터라고 불립니다. 암미터는 측정하려는 회로와 직렬로 연결되어야 합니다.

다른 다양한 기기도 전류를 측정하는데 사용됩니다.

홀 효과 전류 센서 변환기
전류 변압기 (CT) (AC만 측정 가능)
클램프 온 미터
셔ント 저항
자기저항 필드 센서

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