개념 한 쪽
전기기능장 옴의 법칙 및 키르히호프 법칙 — 직렬·병렬 회로와 분류기 배율
옴의 법칙은 전압·전류·저항의 관계를 하나로 묶고, 키르히호프 법칙은 마디와 폐회로 단위로 회로를 정리한다. 직렬 회로는 전류가 같고 전압이 나뉘며, 병렬 회로는 전압이 같고 전류가 나뉜다. 계기와 분류기를 붙여 측정 범위를 넓히는 계산도 이 법칙 위에서 이뤄진다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
뜻
옴의 법칙은 V = I × R로, 전압은 전류와 저항의 곱이다. 저항을 직렬로 연결하면 합성저항은 각 저항의 합이고, 병렬로 연결하면 합성저항의 역수가 각 저항의 역수의 합이 된다. 크기가 다른 저항을 병렬로 연결하면 각 저항에 걸리는 전압은 같고, 저항값이 작을수록 더 많은 전류가 흐른다. 같은 100Ω 저항을 병렬로 무한히 이어 붙이면 합성저항은 0Ω에 수렴한다.
직렬 회로에서는 저항이 큰 쪽에 더 큰 전압이 걸린다. 내부저항 8kΩ과 4kΩ인 전압계 두 개를 직렬로 연결해 12V를 측정하면, 전압은 내부저항의 비율대로 나뉘므로 8kΩ 쪽에 더 큰 지시값이 나타난다.
전류계의 측정 범위를 넓힐 때는 전류계와 병렬로 분류기를 접속한다. 배율은 전류계 내부저항과 분류기 저항을 더한 값을 분류기 저항으로 나눈 값이며, 내부저항 0.12Ω에 분류기 0.04Ω이면 4배, 분류기 0.03Ω이면 5배가 된다.
이상적인 전압원은 부하가 변해도 전압을 유지해야 하므로 내부저항이 0이고, 이상적인 전류원은 전압이 변해도 전류를 유지해야 하므로 내부저항이 무한대이다. 키르히호프 법칙은 마디로 드나드는 전류와 폐회로의 전압 합으로 회로를 푸는 법칙이며, 옴의 법칙과 함께 직렬·병렬 계산의 바탕이 된다.
예제
선지 판단은 전압계를 직렬로 연결했을 때 내부저항이 큰 쪽에 큰 전압이 걸린다고 읽는지, 병렬 회로에서 저항이 작은 쪽에 전류가 더 많이 흐른다고 고르는지, 분류기 배율을 (내부저항 + 분류기 저항) ÷ 분류기 저항으로 계산하는지, 이상적인 전압원의 내부저항을 0, 전류원의 내부저항을 무한대로 구별하는지에서 갈린다. 무한히 병렬로 연결한 합성저항을 묻는 선지는 0Ω 쪽을 고른다.
자주 묻는 물음
- 직렬 회로와 병렬 회로는 무엇이 같고 무엇이 나뉘나요?
- 직렬 회로는 전류가 같고 전압이 저항의 크기에 비례해 나뉩니다. 병렬 회로는 각 소자에 걸리는 전압이 같고 전류가 저항에 반비례해 나뉘므로, 저항값이 작을수록 더 많은 전류가 흐릅니다.
- 분류기를 붙이면 전류계의 배율은 어떻게 구하나요?
- 전류계 내부저항과 분류기 저항을 더한 값을 분류기 저항으로 나눈 값이 배율입니다. 내부저항 0.12Ω에 분류기 0.04Ω을 붙이면 4배, 0.03Ω을 붙이면 5배가 됩니다.
- 이상적인 전압원과 전류원의 내부저항은 각각 얼마인가요?
- 이상적인 전압원은 부하 변화에도 전압을 일정하게 유지해야 하므로 내부저항이 0이고, 이상적인 전류원은 전압 변화에도 전류를 일정하게 유지해야 하므로 내부저항이 무한대입니다. 정전압 전원장치도 같은 이유로 내부저항이 0인 쪽이 이상적입니다.
전기기능장 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.