전기회로이론에서 가장 먼저 접하게 되는 회로 유형은 바로 **직류회로(DC Circuit)**입니다. 직류 회로는 전압과 전류가 일정한 방향과 크기를 가지며, 옴의 법칙과 키르히호프 법칙을 바탕으로 해석이 가능합니다. 이번 글에서는 직류회로에서 저항, 전압, 전류를 어떻게 계산하고 해석하는지 기본 개념과 예제를 통해 살펴보겠습니다.
1. 직류(DC)란?
직류(Direct Current)는 전류가 한 방향으로 일정하게 흐르는 전류입니다. 건전지, 직류 전원장치 등이 대표적인 예입니다. 직류회로에서는 전압과 전류가 시간에 따라 변하지 않기 때문에 해석이 비교적 단순합니다.
2. 옴의 법칙 복습
V = I × R
- V: 전압 (Volt, V)
- I: 전류 (Ampere, A)
- R: 저항 (Ohm, Ω)
이 공식을 이용하면 세 가지 요소 중 두 가지만 알면 나머지를 쉽게 구할 수 있습니다.
예시)
전류가 2A이고 저항이 5Ω이라면,
→ V = 2 × 5 = 10V
3. 저항의 직렬·병렬 연결
1) 직렬 연결
- 전류는 동일
- 전압은 저항에 따라 분배됨
- 전체 저항: R_total = R₁ + R₂ + … + Rn
2) 병렬 연결
- 전압은 동일
- 전류는 저항에 따라 나뉨
- 전체 저항:
1 / R_total = 1 / R₁ + 1 / R₂ + … + 1 / Rn
병렬은 계산이 조금 복잡하지만, 병렬 저항이 많아질수록 전체 저항은 줄어드는 특징이 있습니다.
4. 전류분배와 전압분배 법칙
전압분배 법칙 (직렬 회로)
Vₓ = (Rₓ / R_total) × V_total
→ 전압이 각 저항에 비례하여 분배
전류분배 법칙 (병렬 회로)
Iₓ = (R_total / Rₓ) × I_total / Σ (R_total / Rₙ)
또는
Iₓ = I_total × (R_other / (Rₓ + R_other)) (2개 병렬일 때)
5. 실전 예제
문제:
12V 전원을 6Ω, 4Ω 저항에 직렬 연결했을 때 각 저항에 걸리는 전압은?
풀이:
전체 저항: 6 + 4 = 10Ω
전류: I = 12 / 10 = 1.2A
각 전압:
- 6Ω → V = 1.2 × 6 = 7.2V
- 4Ω → V = 1.2 × 4 = 4.8V
→ 전체 전압 = 7.2V + 4.8V = 12V (확인 완료)
6. 학습 팁
- 직렬과 병렬의 구분이 헷갈린다면, 회로를 전류의 흐름 방향으로 시각화하세요.
- 공식을 암기하는 것보다, 회로를 직접 그려서 적용해보는 연습이 훨씬 효과적입니다.
- 계산 실수를 방지하기 위해 단위와 소수점 처리에 주의하세요.
7. 마무리
직류회로 해석은 전기회로이론의 가장 기본이 되는 부분이며, 이후 교류 회로나 복잡한 회로 해석에도 반복적으로 등장합니다. 저항, 전압, 전류의 관계를 정확히 이해하고, 직렬·병렬 회로를 자유롭게 분석할 수 있어야 전기회로 해석의 기초를 제대로 다졌다고 할 수 있습니다.
다음 포스팅에서는 4편 – 전력, 전압강하, 옴의 법칙 심화 내용을 다뤄보겠습니다.
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