본문내용
1. 전기회로의 기본
1.1. 건전지의 특성
1.1.1. 1차 전지와 2차 전지의 차이
배터리는 1차전지와 2차전지로 나뉘어 진다. 1차전지는 한번만 사용하는 전지로 수은(현재는 생산중단-공해문제), 망간, 알카라인, 리튬전지가 있다. 1차 전지는 원통형(Round Cell), 버튼형 그리고 기기 특성에 따라 변형된 배터리가 있다. 최근에 1차 전지를 충전하여 사용하는 경우도 있으나(알카바 전지), 분명히 배터리 사용 설명에 충전하지 말도록 경고하고 있다. 충전할 경우 전지 내부의 +극과 -극이 연결되면서 합선이 일어 나기 때문에 사용기기의 고장발생 원인이 된다. 2차전지는 재충전하여 사용하는 배터리로 니켈 카드늄(Ni-cd), 니켈 수소(Ni-MH), 납축전지(Lead_Acid), 리튬이온(Li-ion),리튬폴리머 등이 있다. 2차 전지중 Ni-cd 및 Ni-MH 는 표준형인 원통형(Round Cell)과 캠코더, 노트북 배터리에 사용되는 팩(Pack)모양 배터리가 있다. 일반적인 원통형(Round Cell)은 배터리 표면에 AA, AAA, C, D등이 표기 되어있다. 2차 전지는 약300회 정도 충전이 가능하며 매일 1번 충전, 방전 할 경우 1년 정도 수명을 갖게 된다. 배터리의 수명이란, 어느 순간에 사용하지 못하는 것이 아니고 점차적으로 사용시간이 줄어들게 되는 것이다.
1.1.2. 건전지의 직렬 접속과 병렬 접속의 장단점
건전지의 직렬 접속과 병렬 접속의 장단점은 다음과 같다.
직렬 접속의 경우, 장점은 전압의 증가가 가능하다는 것이다. 예를 들어 1.5V 전지 3개를 직렬로 연결하면 전압이 4.5V가 된다. 하지만 단점은 전지의 내부저항이 높아진다는 것이다. 내부저항이 직렬로 연결되기 때문에 총 내부저항도 증가하게 된다.
병렬 접속의 경우, 장점은 전지의 용량이 증가한다는 것이다. 즉, 전지의 내부저항이 감소하게 된다. 하지만 단점은 내부저항이 다를 경우 전지 간 내부 순환전류가 흐를 수 있다는 것이다. 그래서 건전지 사용설명서에는 혼용을 금지하고 있다.
1.2. 옴의 법칙과 전류, 전압, 저항의 관계
옴의 법칙에 따르면 도체에 흐르는 전류의 크기는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다. 이를 수식으로 나타내면 V=IR의 관계가 성립한다. 여기서 V는 전압(Volt), I는 전류(Ampere), R은 저항(Ohm)을 나타낸다.
즉, 전압이 일정할 때 저항이 크면 전류가 작아지고, 저항이 작으면 전류가 커진다. 반대로 저항이 일정할 때 전압이 크면 전류가 커지고, 전압이 작으면 전류가 작아진다.
옴의 법칙을 이용하면 전기회로 내의 전압, 전류, 저항 사이의 관계를 쉽게 파악할 수 있다. 예를 들어 전압이 30V이고 저항이 10Ω일 때, 전류는 V/R=30/10=3A가 된다. 또한 전류가 2A이고 저항이 5Ω일 때, 전압은 I*R=2*5=10V가 된다.
이처럼 옴의 법칙은 전기회로의 기본 원리를 설명하는 중요한 개념이며, 실제 전기 및 전자 분야에서 다양하게 활용되고 있다.
1.3. 키르히호프의 법칙
1.3.1. 전류법칙
키르히호프의 전류법칙은 전류의 흐름에 관한 법칙으로, 하나의 마디(node)를 기준으로 들어오는 전류와 나가는 전류의 합이 0이 된다는 것이다.
즉, 마디(node)에서 흐르는 모든 전류의 대수적 합은 0이 된다는 뜻이다. 마디란 도선이 갈라지거나 만나는 점을 말한다. 따라서 키르히호프의 전류법칙은 전류의 보존을 나타낸다고 할 수 있다.
이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
∑ Ii = 0
여기서 Ii는 마디로 들어가는 전류와 마디에서 나가는 전류를 모두 고려한 것으로, 들어가는 전류는 양의 값, 나가는 전류는 음의 값으로 표현한다.
이러한 키르히호프의 전류법칙은 병렬 회로에서 전류 분배를 설명할 때 유용하게 사용된다. 병렬 회로에서는 각 분기로 흐르는 전류의 합이 전체 전류와 같아지게 되는데...
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