건축설비기사 전기량 — 쿨롱의 정의와 계산·측정

전하의 단위는 쿨롱[C]이다. 1C은 1A의 전류가 1초 동안 흐를 때 이동하는 전하량과 같으므로 암페어와 초를 곱한 것과 같은 크기다. 줄은 일이나 에너지의 단위, 핸리는 인덕턴스의 단위, 패럿은 정전용량의 단위이므로 전하량의 단위와 섞이지 않는다.

전기량은 전류와 시간의 곱으로 구한다. 전류의 단위인 암페어가 1초를 기준으로 하므로 시간은 반드시 초로 바꾸어 넣는다. 3A의 전류가 2분 동안 흐르면 2분을 120초로 고쳐 3과 120을 곱한 360C가 된다. 시간을 초로 바꾸지 않고 2를 그대로 곱하면 6C가 되어 계산이 어긋난다.

전자 하나가 가진 전기량의 절대값은 기본 전하량이라고 부르며 약 1.602×10⁻¹⁹C이다. 전자의 질량은 9.11×10⁻³¹kg으로 숫자가 다르므로 두 값을 바꾸어 쓰지 않는다. 전자는 음전하를, 양성자는 같은 크기의 양전하를 띤다.

측정에는 기기의 한계가 있다. 회로시험기, 곧 멀티미터는 직류전압과 교류전압, 저항, 직류전류를 잴 수 있지만 교류전류는 직접 재지 못한다. 교류전류는 자속을 이용하는 클램프 미터를 따로 써야 한다. 교류전압과 직류전류는 기기 안의 회로로 받아 측정할 수 있지만, 교류전류는 전선을 끼워 자속으로 읽는 센서가 필요하기 때문이다.

마찰로 전하가 쌓이는 현상도 함께 나온다. 호박을 헝겊으로 문지르면 표면에 전하가 쌓여 전기적 성질을 띠는데 이를 정전기현상이라고 한다. 쿨롱 법칙은 전하 사이에 작용하는 힘의 크기를 다루는 법칙이고, 뉴턴 법칙은 운동과 힘에 관한 법칙이므로 현상의 이름과는 다르다.

유도전류의 방향은 세 방향의 관계로 정해진다. 도체가 움직이는 방향과 자속의 방향, 유도전류의 방향 사이의 규칙이 플레밍의 오른손 법칙이다. 엄지는 도체의 운동, 검지는 자속, 중지는 유도전류의 방향을 가리킨다. 전동기처럼 전류가 힘을 받는 경우는 왼손 법칙을 쓰고, 유도전압의 크기는 페러데이 법칙, 회로 전류의 관계는 키르히호프 법칙이 맡는다.

금속 도체에서 전하를 나르는 입자는 원자핵의 구속을 벗어난 자유전자다. 전류가 흐를 때 빛이나 열이 나는 것도 이 자유전자가 이동하며 에너지 상태를 바꾸기 때문이다.