개념 한 쪽
전위는 전하를 이동시키는 데 필요한 일의 양을 전기량으로 나눈 물리량으로 정의된다. 전압은 전기회로의 기본 관계와 연결되며, 옴의 법칙과 줄의 법칙 등과 함께 회로 해석의 기초가 된다. 전류·전압·저항 간의 비례·역비례 관계와 단위 변환에 익숙해져야 한다.
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출제기준 단원 「전위」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전압 정의 계산 | 1 | 일과 전하량으로부터 전압을 구하는 계산 문제 |
| 옴의 법칙 식별 | 1 | 전류·전압·저항의 비례·반비례 관계가 설명된 법칙을 식별하는 문제 |
| 전압·전류 비례 계산 | 1 | 주어진 전압과 전류로부터 다른 전압에서의 전류를 비례식으로 계산하는 문제 |
전위 또는 전압은 전하 하나가 이동할 때 전기적으로 하는 일의 양을 전기량으로 나눈 값으로 정의된다. 수식으로는 V = W / Q 이며, 여기서 W는 일(에너지), Q는 전하량이다. 전압은 전하를 이동시키는 '에너지의 단위당 양'으로 이해하면 문제 해결에 도움이 된다.
회로에서 전압과 전류, 저항의 기본 관계는 옴의 법칙으로 정리된다. 옴의 법칙은 I = V / R 또는 V = IR 의 형태로 표현되며, 전압이 증가하면 같은 저항에서 전류가 비례하여 커지고 저항이 커지면 같은 전압에서 전류가 줄어든다고 설명한다. 옴의 법칙은 주로 저항 소자에 적용되며, 교류에서 임피던스가 존재하는 경우에는 임피던스를 고려한 관계를 사용해야 한다는 한계가 있다.
전하량과 전류의 관계는 Q = I × t 로 표현된다. 전류는 단위시간당 이동하는 전하의 양이므로, 일정 전류가 흐를 때 시간과 전류를 곱하면 전지에서 발생하거나 이동한 전하량을 구할 수 있다. 단위 환산에서 시간은 초로 통일해야 한다.
저항에서 전류가 흐를 때 발생하는 열에 관한 법칙은 줄의 법칙으로 설명된다. 줄의 법칙은 발생하는 열량 또는 전력과 전류 사이의 관계를 P = I²R 또는 Q(열량)=I²Rt 등으로 나타낸다. 전력은 또한 P = V I 로 쓸 수 있으므로 전압과 전류로부터 전력 및 에너지를 계산한 뒤 필요시 다른 단위로 변환할 수 있다.
대표 계산 1 — 전압의 정의 적용: 어떤 도체에서 10C의 전하가 옮겨져 50J의 에너지가 소비되었을 때 전압은 V = W / Q 이므로 50J ÷ 10C = 5V가 된다. 이 과정에서 J와 C의 단위를 확인하여 나눗셈을 수행하면 정답을 얻는다.
대표 계산 2 — 옴의 법칙 적용: 저항이 4kΩ이고 전류가 25mA일 때 전압을 구하려면 V = I × R 을 이용한다. 단위를 통일하면 I = 0.025A, R = 4000Ω 이므로 V = 0.025 × 4000 = 100V가 된다. 단위 접두어를 정확히 변환하는 것이 핵심이다.
대표 계산 3 — 전압-전류 비례 관계로 전류 변화 계산: 10V에서 3A가 흐르는 같은 도선에 25V를 인가하면 저항은 일정하므로 전류는 전압비에 비례한다. 따라서 I' = 3A × (25/10) = 7.5A가 흐른다.
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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