개념 한 쪽
직류회로의 기본 관계는 전압, 전류, 저항 사이의 비례·반비례 관계로 정리된다. 옴의 법칙과 전압의 정의, 전하량과 전류의 관계를 바탕으로 기본 계산 문제를 푼다.
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출제기준 단원 「직류전류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전압-전류 비례 계산 | 1 | 일정 저항에서 전압 변화에 따른 전류를 비례식으로 계산하는 능력 평가 |
| 법칙 명칭 식별 | 1 | 전류, 전압, 저항의 비례·반비례 서술을 보고 해당 법칙을 식별하는 능력 평가 |
| 전압 계산(단위환산 포함) | 1 | 옴의 법칙에 단위 환산을 적용해 전압 값을 산출하는 계산 능력 평가 |
옴의 법칙은 전압(V)이 전류(I)와 저항(R)의 곱이라는 관계 V = I × R로 정의되며, 이를 통해 전류는 I = V / R로 표현된다. 저항이 클수록 같은 전압에서 흐르는 전류가 작아지고, 전압이 클수록 전류가 커지는 관계가 성립한다.
교류 회로에서는 저항뿐 아니라 인덕턴스와 커패시턴스가 결합된 임피던스(Z)를 고려하므로 임피던스 법칙 V = I × Z를 사용해야 한다는 한계가 있다. 옴의 법칙은 저항 소자 중심의 직류 또는 저주파 회로 이해에 핵심 개념으로 적용된다.
저항에서 소비되는 전력은 P = I²R의 관계로 전류의 제곱에 비례한다. 또 저항에 걸리는 전압 변화로 인한 전력 변화는 P = V² / R 관계에 의해 전압비의 제곱만큼 전력비가 변한다는 점을 기억한다.
전압의 정의는 일(W)을 전기량(Q)으로 나눈 값으로 V = W / Q로 표현한다. 전하량은 전류와 시간의 곱으로 Q = I × t로 계산하므로, 전류가 일정한 상태에서 흐른 시간에 따라 누적된 전하량을 구할 수 있다.
단위 환산을 항상 확인해야 한다. kΩ와 Ω, mA와 A처럼 접두어에 따른 배수 변환을 먼저 수행한 뒤 공식을 적용해야 계산 오류를 피할 수 있다.
예1) 옴의 법칙으로 전압 구하기 저항 R = 4kΩ, 전류 I = 25mA인 경우 단위를 통일하면 R = 4000Ω, I = 0.025A가 된다. V = I × R 이므로 V = 0.025 × 4000 = 100V가 된다.
예2) 전하량 계산하기 전류 I = 5A가 10분 동안 흐른다면 시간을 초로 환산하여 t = 600s로 놓는다. Q = I × t 이므로 Q = 5 × 600 = 3000C가 된다.
10V의 전압을 인가할 때 3A의 전류가 흐르는 전선에 25V의 전압을 가하면 몇 A의 전류가 흐르는가?
정답 ④ · 문제는 옴의 법칙에 따라 전압과 전류의 비례 관계를 이용해 전류를 구하는 문제이다. 저항이 일정하다고 가정하면 전류는 전압에 비례하므로 10V에서 3A일 때 저항 R은 R=V/I=10/3 Ω으로 계산된다.
옴의 법칙에 따라 저항은 일정하므로 전압과 전류는 비례하며, 10V에서 3A이므로 25V에서는 7.5A가 흐른다.
“도선에서 두 점사이의 전류의 세기는 그 두 점사이의 전위차에 비례하고 전기저항에 반비례한다. ” 이것은 무슨 법칙을 설명한 것인가?
정답 ② · 문장은 전류가 두 점 사이의 전위차에 비례하고 전기저항에 반비례한다는 관계를 설명하고 있으므로 이는 옴의 법칙을 기술한 것이다. 수식으로는 I=V/R로 표현되며 다른 제시된 법칙들은 전류-전압-저항의 기본 비례관계를 설명하지 않는다.
전류가 전위차에 비례하고 저항에 반비례한다는 서술은 옴의 법칙의 정의와 일치한다.
다음 중 옴의 법칙에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 문항은 옴의 법칙에 대한 설명 중 옳지 않은 것을 찾는 문제이다. 옴의 법칙은 저항소자에 대해 V=IR로 전압·전류·저항의 관계와 저항에 의한 전압강하를 설명하며 저항으로 전류 크기를 조절할 수 있음을 뜻한다.
옴의 법칙(V=IR)은 저항소자에 적용되나, 임피던스(Z)가 있는 교류회로에서는 임피던스 법칙(V=IZ)을 사용해야 한다.
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