개념 한 쪽
옴의 법칙은 전기회로의 기본 관계를 나타내는 법칙으로, 전압과 전류, 저항 사이의 비례·반비례 관계를 규정한다. 회로 해석에서 전압과 전류의 계산, 전력 계산 등의 기초로 사용된다.
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출제기준 단원 「옴의 법칙」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전압·전류 비례 계산 | 1 | 일정한 저항에서 전압 변화에 따른 전류를 비례식으로 계산하기 |
| 축전지 연결 특성 판단 | 1 | 병렬 연결 시 전압과 용량의 변화를 구분하기 |
| 저항 소모 전력 계산 | 1 | 주어진 전류와 저항으로 소비 전력 값을 계산하기 |
옴의 법칙은 전류(I)가 전압(V)에 비례하고 전기저항(R)에 반비례한다는 관계로 정의된다. 이 관계를 수식으로 쓰면 I = V / R 또는 V = I × R이 된다. 즉, 같은 저항에서는 전압이 커지면 전류도 커지고, 저항이 커지면 같은 전압에서 전류는 작아진다.
옴의 법칙은 주로 저항성 소자에 적용되는 관계이다. 교류회로에서 인덕턴스나 커패시턴스가 결합된 경우에는 임피던스(Z)를 사용하여 V = I × Z 형태로 다루는 점을 구분해야 한다. 따라서 옴의 법칙은 저항 중심의 직류 또는 저항성 소자에 대한 기본 법칙으로 이해해야 한다.
전력과 관련해서는 전압과 전류 또는 전류와 저항을 결합한 공식을 쓸 수 있다. 전력 P는 전압과 전류의 곱 P = V × I이거나 전류가 주어졌을 때는 P = I²R, 전압이 주어졌을 때는 P = V² / R로 나타낼 수 있다. 이들 식은 소자의 열발생 등 전력 소모를 계산할 때 기본으로 사용된다.
옴의 법칙 문제는 단위 환산과 비례 관계 파악이 핵심이다. 전류 단위(A), 전압 단위(V), 저항 단위(Ω) 사이의 관계를 명확히 하고 mA, kΩ 같은 접두어를 올바르게 변환하여 계산해야 한다.
예1: 옴의 법칙 V = I × R을 이용하여 전압을 구하는 문제를 풀어본다. 저항이 4kΩ이고 전류가 25mA일 때 단위를 통일하면 R = 4000Ω, I = 0.025A이다. 따라서 V = 0.025 × 4000 = 100V가 된다.
예2: 전력 계산에서 P = I²R 공식을 적용한다. 저항 100Ω에 전류 4A가 흐를 때 P = 4² × 100 = 1600W가 된다.
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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