전기를 이해하기 위해 먼저 수도배관에 대해 생각해봅시다.
우리에게 조금이나마 더 친숙한 물에 전기를 빗대어 설명해 보겠습니다.
밑의 그림은 게이트 밸브를 보여줍니다.
하나의 파이프에 두개의 밸브를 사용해 AND 연산을 구현한 모습입니다.
이와같이 한 밸브의 출력(output) 다른 밸브에 입력(input)에 연결되는 것을 직렬연결(series connection)이라고 합니다.
하나의 파이프에 두 개의 입력과 출력을 가지는 것을 병렬 연결(parallel connection)이라고 하며 이는 OR 연산을 구현합니다.
전기의 이동
물이 파이프속을 이동하는 것과 비슷하게, 엄밀히 말하자면 전기는 전선속에서 에너지 반응을 전파시키는데, 이 전선 내부의 유동적인 전자로 가득 차있는 금속을 도체(conductor)라고 하며 금속을 감싸고 있는 부분을 부도체(insulator)라고 합니다.
그리고 에너지 반응의 전파를 제어하는, 수도관에서의 밸브같은 역할을 하는 것을 스위치(switch)라고 부릅니다.
물이 수도관 속을 마음대로 흘러다니지 않고 압력에 의해서 흐르는것 처럼 전기에도 압력이 있습니다. 전압(voltage)이라 부르며 측정단위는 V(volt)입니다.
전기의 양은 전류(current), ‘I’로 표기하며 측정단위는 A(ampare)입니다.
야외용 호스의 중간부분을 밟으면 나오는 물의 양이 적어지는것 처럼 전기도 저항이 커진다면 나오는 전류가 적어집니다. 저항(resistance), ‘R’로 표기하며 측정단위는 Ω(ohm)입니다.
전압 전류 저항(V, I, R)이라는 세가지의 변수는 I = V/R 즉 전류는 전압을 저항으로 나눈 값과 같다는 공식을 도출해냅니다. 이것이 옴의 법칙입니다.
스위치
수도의 밸브와도 같은 역할을 하는 스위치에 대해 알아보겠습니다.
스위치는 도체사이에 부도체가 삽입되거나 제거되는 기능을 가집니다.
예시로 전등 스위치는 스위치를 누르면 전선에 붙어있는 두 금속이 붙고 떨어지는 기능을 수행합니다. 두 금속이 떨어졌을 때 공기라는 부도체가 삽입되었다고 이해하면 될 것 같습니다.
전기 시스템은 회로(circuit)라고 부르며 이 회로의 구성요소를 기호화한 그림으로 문서화 한 것을 스키매틱 (schematic diagrams) 라고 부릅니다.
세 가지 스위치의 스키매틱(계통도 또는 회로도라고 부름)
에너지 근원에서 나온 전기는 회로 구성요소를 지나 다시 에너지 근원으로 돌아갑니다.
그것이 전기의 흐름이고 수도에서도 비슷한 매커니즘이 발생합니다.(수원 ⇒ 사용 ⇒ 배수)
만일 위 회로처럼 스위치가 열려있다면(꺼짐) 전기의 흐름이 먿기에 전구는 켜지지 않습니다.
스위치가 닫힌다면(켜짐) 전류는 전원에서 나와 전구를 흐르고 다시 전원으로 돌아오는 흐름이 생성되기에 전구를 작동시킬 수 있습니다.
저는 이 파트가 유익하고 재밌었는데, 어린시절에 저희 엄마가 안쓰는 콘센트를 뽑아놓으라고 잔소리를 했던 것에 대해 과학적으로 반박할만한 근거가 생겼기 때문입니다.
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