[전자회로] 4. 전류

[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.

(1) 정의

 매 초당 회로의 어떤 단면을 지나는 전하량을 전류(電流, current)라고 합니다.

예를 들어 모터에 10[초] 동안 20[C]의 전하량이 통과하고 있다면의 전류가 흐른다고 합니다. 즉, 1초당 2C의 전하량이 통과하는 만큼의 전하 흐름이 있다는 얘기입니다.

이제 식으로 전류를 표현해볼까요? 동안 회로의 어떤 단면을 지나가는 전하량이 이라면 전류

는 다음과 같이 정의됩니다.

 여기서 A는 단위 암페어(ampere)인데

입니다. 

참고로 미적분학을 배운 분들을 위해 전류의 좀 더 엄밀한 의를 소개하겠습니다. 다음 식을 보세요.

만약 가 시간의 함수로 표현이 되면 이 식을 이용하여 전류 값을 구할 수 있습니다.

 어떤 부품에 전류가 많이 흐르면 일정한 시간동안 전하가 상대적으로 더 많이 지나가고 있는 것입니다.

 전하는 에너지를 갖는다고 했잖아요? 그러니까 전류가 증가하면 일정 시간동안 그 부품을 통해 흘러간 에너지의 양도 증가한 것입니다. 그 부품이 전구였다면 밝기가 더 증가했을 것이고, 모터라면 더 빨리 회전할 것입니다.

(2) (너무 중요한) 전류의 방향

전류의 방향은 양전하의 흐름을 기준으로 잡습니다.

 실제로 회로 안에서 돌아다니는 전하는 전자입니다. 그렇지만 전자가 흐르는 방향을 전류의 방향으로 잡지 않고 양전하가 흐르는 방향을 전류의 방향으로 잡습니다. '이왕이면 간단하게 전자의 방향을 전류의 방향으로 택하면 좋을 것 같은데' 라는 생각이 들지요? 네, 저도 그렇게 생각합니다. 이 문제는 역사적인 사실과 좀 관련이 있습니다. 쉽게 말해 전류의 개념이 만들어진 시기에는 전자가 있는지도 몰랐습니다. 양의 전하가 움직인다고 생각했거든요. 

 그러니까 실제로는 회로에 '자유전자'가 돌아다니지만, '자유 양전하'가 돌아다닌다고 생각하면 될 것 같습니다.

 다음 얘기를 잘 들어보세요.

 전류의 방향은 하나의 기준이지 실제로 전류가 그 방향으로 흐르지 않을 수도 있다.

 이건 또 무슨 말일까요? 방금 전류의 방향은 양전하가 흐르는 방향이라고 말해 놓고, 이제 와서 실제로 그렇게 흐르지 않을 수도 있다니요? 이를 설명하기 위해 그림을 참고해 주시기 바랍니다.

전구에 흐르는 전류에 대한 정보를 보시면 일단 전류의 방향은 그림과 같이 표시되어 있습니다. 이것만 보면 전구에 이 방향으로 양전하가 흐를 것 같지요? 그러나 시간에 따라 전류의 세기 변화 그래프를 보세요. 0~10초 동안은 전류의 세기가 입니다. 그러니까 이 시간 동안은 양전하가 그림의 전류의 방향과 동일하게 흐르고 있다는 것입니다. 그런데 10~20초 동안을 보시면 전류의 세기가입니다. 이건 무슨 말일까요? 이때는 양전하가 그림에 표시된 전류의 방향을 '기준'으로 볼 때 반대로 흐른다는 의미입니다.

 즉, 전류의 방향은 양전하의 흐름을 기준방향으로 나타낸 것입니다. 이해되시나요?

 그럼 다음 시간에는, [전위]에 대해서 알아보도록 하겠습니다.▶▶▶