개념 한 쪽
전류는 회로에서 전하가 흐르는 양을 나타내며, 전압과 저항의 관계로 설명한다. 옴의 법칙으로 전압·전류·저항을 연결하고, 전류와 시간으로 전하량을 구하며, 전류와 저항으로 전력이 결정되는 기본 개념을 다룬다.
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출제기준 단원 「전류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 옴의 법칙 비례 계산 | 1 | 전압 변화에 따른 전류 비례 계산 능력 평가 |
| 전열기 소비전력 계산 | 1 | 주어진 전류와 저항으로 소비전력을 계산하는 능력 |
| 저항 계산(전압/전류) | 1 | 전압과 전류로부터 저항을 구하는 기본 계산 능력 |
옴의 법칙은 전압(V), 전류(I), 저항(R)의 기본 관계를 정의하며 I = V / R 또는 V = I R 형태로 표현한다. 전압이 주어지고 저항이 일정하면 전류는 전압에 비례하고, 저항이 클수록 전류는 작아진다는 관계가 성립한다.
전류가 흐를 때 저항체에서는 열이 발생하며 이 줄열은 전류의 제곱에 비례한다. 전력(P)은 P = I²R로 표현되므로 동일한 저항에서 전류가 커지면 전력 소모가 제곱으로 증가한다는 점을 이해해야 한다.
전하량(Q)은 전류와 시간의 곱으로 Q = I × t로 계산한다. 전류가 일정한 상태에서 시간 단위를 초(second)로 환산한 뒤 곱하면 흐른 전하량을 구할 수 있다.
전압의 물리적 정의는 일(에너지)과 전기량의 비로 V = W / Q로 표현한다. 즉, 한 전하가 이동할 때 수행한 일이 클수록 전압이 크다는 관점을 갖는다.
교류 회로에서는 임피던스(Z)가 결합된 경우 임피던스 법칙(V = I Z)을 사용하므로 옴의 법칙은 저항소자(직류 또는 저항만 고려할 때)의 기본 관계임을 구분해야 한다.
예1: 옴의 법칙을 사용한 전류 계산 예시이다. 10V에서 3A가 흐르는 같은 저항에 25V를 가하면 저항은 변하지 않으므로 전류는 비례한다. 전류 = 25V ÷ (10V/3A) = 7.5A임을 구한다.
예2: 전류와 저항으로 소비전력을 구하는 예시이다. 저항 100Ω에 전류 5A가 흐르면 P = I²R = 5² × 100 = 2500W가 소비된다. 전류가 두 배가 되면 소비전력은 네 배가 된다는 점을 확인한다.
저항체에 전류가 흐르면 줄열이 생기는데 이때 안전전류는 전력의 몇 제곱에 비례하는가?
정답 ③ · 줄열(Joule's Heat)은 전류가 저항체를 통과할 때 발생하며, 그 크기는 전력(P = I²R)에 비례합니다. 전력은 전류의 제곱에 비례하므로, 저항체에서 발생하는 열량 역시 전류의 제곱에 비례합니다.
줄열은 전류의 제곱에 비례하므로, 전류 I는 전력 P의 제곱근에 비례하여 1/2제곱 관계가 성립합니다.
저항 100Ω의 전열기에 5A의 전류를 흘렸을 때 소비되는 전력은 몇W인가?
정답 ④ · 문제는 저항 100Ω에 5A 전류가 흐를 때 소비전력을 묻고 있다. 저항에서 소비되는 전력은 P=I²R를 적용하면 P=5²×100=25×100=2500W가 되어 2500이 정답이다.
전열기의 소비전력은 P=I²R 공식으로 계산하며, 5A의 전류와 100Ω의 저항을 대입하면 2500W가 된다.
100V, 40W의 전구에는 0.4A의 전류가 흐른다고 한다. 이 전구의 저항은 몇 Ω 인가?
정답 ④ · 옴의 법칙에 의해 저항(R)은 전압(V)을 전류(I)로 나누어 구할 수 있습니다. 문제에서 전구의 정격전압이 100V, 흐르는 전류가 0.4A라고 주어졌으므로, 전구의 저항 R = V / I = 100 / 0.4 = 250Ω 이 산출됩니다.
옴의 법칙에 따라 저항은 전압을 전류로 나눈 값이므로 R=V/I 공식을 사용한다.
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