[전자회로] 6. 전압

[엔지닉 전자공학 칼럼소개]

여러분 안녕하세요, 전자공학의 기본이론에 대한 칼럼을 연재하게 된 김태영입니다.

전기/전자 공학은 반도체 및 통신관련 산업의 기술적 근간이 되는 지식체계라고 할 수 있는데요. 이 분야를 이해하기 위해서 필요한 기초지식을 한데 모아 알기 쉽게 설명해 보려고 합니다. 칼럼을 읽어나가다 보면 전공자들은 취업에 앞서 빠르게 기초를 재정리 할 수 있고요, 비전공자 분들은 기술적 용어에 대한 생소함에서 벗어나 흥미를 가지고 전자공학으로 진입할 수 있을 것입니다. 이 칼럼이 반도체, 통신, 전기/전자 분야 업종 취업을 준비하시는 분들에게도 유익한 도움을 제공할 것을 기대합니다. 감사합니다.

 전위의 개념을 이해했으니 전압은 아주 쉽습니다. 전압을 정의하겠습니다.

 네, 회로의 두 지점을 택하고, 전위의 차를 구하면 그게 전압입니다. 그러니까 전위는 한 점에서 정의된 값이고, 전압은 두 점에서 정의된 값입니다. 물론 단위는 모두 V(볼트)지요.

 그림을 보세요. a, b 지점의 전위가 각각인 두 지점의 전압을 구해봅시다. 전압은 전위차라고 했으니 1V가 정답일까요? 잘 생각해보면 a전위에서 b전위를 뺀 경우는이지만, 반대로 b전위에서 a전위를 뺀 경우라면 됩니다. 이런 혼란을 피하기 위해 전압을 표시할 때는 항상 극성(+와 -)을 함께 표기하며 전압은 +라고 표시된 지점의 전위에서 -로 표시된 지점의 전위를 빼는 것으로 약속합니다. 그림을 보시면 a에다 +, b에서 -를 표기하면 전압이 1V이고, 반대 경우면 -1V인 것이 이해되시지요?

 자, 그럼 전압의 의미는 무엇일까요? 이를 위해 그림의 회로를 참고해주세요.

 그림의 회로에는 전위와 전압이 모두 기입되어 있습니다. a, b, c 지점의 전위가 각각 10V, 4V, 0V 이지요? a-b, b-c 사이의 전압이 각각 6V, 4V인 것도 확인되시나요? 특히 a-c 사이의 전압은 배터리의 전압인데 10V인 것도 맞고요. 그렇지요? 자, 전류의 방향을 따라 1C이 a지점에서 b지점으로 이동했을 때 6J의 에너지가 '소비'되었지요? 그럼 b지점에서 c지점으로 이동했을 때는요? 어쨌든 전압이 4V이니, 4J의 에너지가 없어졌네요. 그런데 b, c 사이에 있는 부품이 축전기라고 하는 부품입니다. 축전기는 에너지를 '저장'하는 것이지요. 자, 이번에는 전류가 흘러서 c에서 a로 이동을 한 경우를 생각해봅시다. 이때는 전위가 0V이던 것이 10V로 되었으니 1C이 오히려 에너지를 얻게 됩니다. 즉, 배터리가 회로에 에너지를 '공급'한 꼴이 되었네요. 그러므로 전압의 의미를 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

 전압은 +극에서 -극으로 전하 1C이 지나갈 때 그 사이에 있는 부품이나 장치가 소비, 저장 혹은 공급한 에너지를 의미합니다.

 전압을 좀 더 다른 방식으로 이해하는 것도 가능해요. 전압(電壓)의 한자를 풀어보면 '전기적 압력'이잖아요? 그러니까 이 관점에서 전압의 의미를 살펴보면 다음과 같지요.

 전압은 +극에서 -극으로 전하 1C를 움직이게 하는 전기적 압력이다.

 바꿔 말하면 회로에서 두 지점의 전압이 높다는 것은 +극에서 -극 쪽으로 전하를 이동시키려는 압력이 높다는 것을 의미합니다. 1.5V짜리 건전지 많이들 사시잖아요? 1.5V가 전압이거든요. 그러니까, 1.5V를 회로의 두 지점에 연결한다는 것은 두 지점의 전하에 1.5J 만큼의 에너지차를 준다는 의미도 되고, +극에서 -극으로 그 만큼의 전기적 압력을 가해서 전류를 흐르게 한다고도 이해할 수 있는 것입니다.

 그림을 보고 다시 정리해 볼까요?

두 지점 a, b 간의 전압이 V라는 것은 +에서 -극으로 1C이 지나갈 때, (1C당) 전기적 에너지였지요? 그러니까 만약 Q[C]이 a지점에서 b지점으로 가면 QV[J] 만큼의 에너지가 소비, 저장 혹은 공급되겠네요. 맞지요?

 네, 이렇게 전압의 개념을 마치겠습니다.