개념 한 쪽
전기회로의 기본 법칙은 전압, 전류, 저항 사이의 관계를 규정한다. 옴의 법칙은 이러한 기본 관계를 나타내며, 회로 해석에서 전압과 전류의 비례 관계를 이용해 계산을 수행한다. 직류 회로와 교류 회로의 적용 범위를 구분하는 점이 중요하다.
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출제기준 단원 「키르히호프의 법칙」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전압-전류 비례 계산 | 1 | 같은 저항에서 전압 변화에 따른 전류 비례 계산 |
| 축전지 병렬 연결 성질 | 1 | 병렬 연결 시 전압과 용량의 변화 판별 |
| 전류에 의한 소모 전력 계산 | 1 | 전류와 저항으로 소비 전력 계산 |
옴의 법칙은 전압(V)이 전류(I)와 저항(R)의 곱이라는 관계 V = I·R로 표현된다. 이 식은 저항성 소자에서 전압과 전류의 선형 관계를 설명하며, 저항이 커지면 같은 전압에서 전류는 작아지는 원리를 보여준다. 전압강하도 옴의 법칙으로 설명할 수 있다.
전류는 전위의 차가 커질수록 증가하고, 저항이 커지면 감소한다고 볼 수 있으며 I = V / R로 나타낸다. 문제 문장에서 '전류는 전위차가 커지면 증가하고 전기저항이 클수록 감소한다'는 취지는 옴의 법칙의 정의와 일치한다. 문장 형태의 정의 식별 출제에 익숙해질 필요가 있다.
교류 회로에서는 저항뿐 아니라 인덕턴스와 커패시턴스가 결합하여 임피던스(Z)가 형성되므로, 옴의 법칙의 형식은 확장되어 V = I·Z 형태로 다뤄야 한다. 따라서 직류 저항만을 대상으로 한 옴의 법칙과 임피던스를 포함한 교류 해석을 구분하여 적용해야 한다.
전력, 전하량, 전압의 정의와 변환 관계도 옴의 법칙 문제와 밀접하게 연결된다. 전력은 주어진 전류와 저항으로 P = I²·R로 계산하며, 전압은 일(W)을 전하량(Q)으로 나눈 V = W / Q로 정의한다. 전하량은 전류와 시간의 곱 Q = I·t로 구한다.
축전지나 배터리 연결 방식에서 직렬과 병렬의 특성을 이해하면 전압과 용량의 변화 문제를 빠르게 해결할 수 있다. 병렬 연결은 전압을 유지하고 용량을 합산한다는 기본 원리를 기억하면 실전 계산에 유리하다.
문제: 저항값이 4kΩ이고 전류가 25mA일 때 필요한 전압을 구하라. 풀이: 옴의 법칙 V = I·R을 사용한다. 단위를 통일하여 R = 4000Ω, I = 0.025A로 바꾼 뒤 계산하면 V = 0.025 × 4000 = 100V가 된다. 단위 환산(mA→A, kΩ→Ω)을 먼저 확인하지 않으면 오답이 발생하므로 주의한다.
문제: 저항 100Ω에 4A가 흐를 때 소비 전력은 몇 W인가? 풀이: 전력은 P = I²·R을 사용한다. I = 4A, R = 100Ω이므로 P = 4² × 100 = 1600W가 된다. 전압을 먼저 구해 P = V·I로 계산해도 동일 결과를 얻는다.
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.
동일 규격의 축전지 2개를 병렬로 연결한 경우 옳은 것은?
정답 ④ · 문제는 동일한 용량의 축전지를 병렬 연결했을 때 전압과 용량이 어떻게 변하는지를 묻고 있다. 병렬 연결에서는 각 전지가 같은 전압을 갖기 때문에 전체 전압은 변하지 않고, 각 축전지의 용량(전류공급능력 또는 전하량)은 합산된다.
동일 축전지 병렬 연결은 전압은 유지되고 용량만 합산되므로, 2개 연결 시 용량은 2배, 전압은 불변입니다.
저항 100Ω의 전열기에 4A의 전류를 흘렀을 때 소비되는 전력은 몇 W인가?
정답 ③ · 전기에서 소비되는 전력(P)은 저항(R)과 흐르는 전류(I)의 제곱을 곱하여 구할 수 있으며, 공식은 P = I² × R 입니다. 문제에서 저항은 100Ω이고, 흐르는 전류는 4A입니다.
전력 P는 전류의 제곱에 저항을 곱한 P=I²R 공식으로 계산하며, 4²×100=1600W이다.
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