안녕하세요 공직자에요.
계속 회로이론에 관련하여 포스팅을 올리고 있는데
회로이론이라는 학문이 굉장히 방대하기 때문에 여러분께 풀 썰이 너무나 많네요!
썰이 너무 많아서 어디서부터 뭘 풀어야할지 잘 몰라서
다소 포스팅이 앞 뒤가 섞이거나 흐름이 자연스럽지 못하더라도 너그러운 마음으로
양해를 부탁드리며 오늘의 이야기 시작합니다.
제가 지난시간에 전압과 전류라는 것이 무엇인지 설명을 드렸습니다.
지금 이순간 눈을감고 전압과 전류가 무엇인지 떠올려보세요.
생각이 안난다면 복습이 안된거니까 이포스팅은 읽지 않으셔도 좋습니다..
전압은 힘의 개념과 매칭되었고
전류는 속도의 개념과 매칭이 되었었습니다.
여기서 물리학(어렵지 않으니 겁먹지 마시게... 젊은이)의
기초 개념을 하나 소개드릴까 합니다.
물리학에서는 흔히 힘을 물체에 주고 이동한 거리를 가지고 일의 양을 계산하죠.
위키피디아에 일의 정의가 잘 나와있습니다.
정의만 보니 말이 어려워서 잘 이해가 안가시죠?
투수를 봅시다.
야구공의 물리적인 위치를 이동시키기 위해 힘을 주고있습니다.
이 힘을 세게 줄수록 공은 더 멀리 날아갈 겁니다.
왜인지는 몰라도 우리는 삶의 경험으로부터 큰 힘을 주면 물체가 더 멀리 날아간다는 걸
체득하고 있죠.
근데 물체의 크기(야구공, 세탁기)에 따라서 혹은 외부적인 환경요인(공기저항, 마찰)등에 따라서
같은힘을 주더라도 물체가 이동한 거리가 제각각 다르죠.
예를들어 야구공을 던지는 힘 정도로 세탁기를 밀면 잘 움직이지 않겠죠.
제가 사례든 부분에서 우리 실제상황과 연관지어 생각해봅시다.
택배 상하차 아르바이트를 하는데 우리는 열심히 일해서 수당을 받습니다.
열심히 일한 댓가로 돈을 받습니다.
근데 이런 경우를 생각해봅시다.
힘은 죽어라 썼는데 이동한 물건이 없으면 우린 열심히 힘쓰고 땀냈으니까 수당을 받을 수 있을까요?
야구공을 던져서 공자체를 이동시킨건 일을 했다고 인정이 되지만 야구공을 던지는 힘으로 냉장고를 밀었더니
꿈쩍않는 것에 대해서는 사장님이 일을 했다고 인정을 하지 않고 작업 수당을 지불하지 않죠.
왜냐하면... 힘만 오지게 쓰고 삽질만하고 일을 안했으니까요.(물건이 원하는 위치로 이동하지 않았음.)
그래서 등장합니다.
일이라는 개념이요.
W= F * S
자. W는 일의 양으로써 단위가 J(주울)이고
F는 N(뉴턴)
S는 힘의 방향대로 이동한 거리 m 입니다.
힘만 줬다고 일을한게 아니며
힘을 준방향으로 물건이 이동을 했을때라야 비로소 일을했다고 인정을하는 겁니다.
그렇담 조금더 합리적으로 일의양을 비교하기 위해서는 어떻게 비교를 해야할까요?
택배 회사에서 일하는 직원 A는
1초에 10J 일을 하고
직원 B는
2초에 10J 일을 한다고 가정하는겁니다.
누가 더 일을 잘하는 사람인가요?
당연히 A죠.
전기로 돌아와봅시다
그렇다면 전기가 한 일의 양을 합리적으로 구분하기 위해서는
어떻게 정의할 수 있을까요?
가장 먼저 고려해볼 것이..
전기도 힘과 거리의 개념이 들어가야 할 것 같은데 말입니다.
이것 가지고는 어느 전기기구가 효율이 높은지 알아낼 수가 없다는 단점이 있죠.
앞에서 직원 A와 직원 B의 사례로 들었듯이
전구 A는 1초에 10이라는 일을하고
전구 B는 2초에 10이라는 일을한다면
단순히 힘과 거리만으로는 누가 효율적으로 일을 했는지 구분하기가 어렵습니다.
근데 속도라는 개념이 들어가게 되면.
전구 A가 전구 B보다 빠른 속도로 일을 하고 있다고 판단하는 것이 합리적이겠죠
즉, 합리적으로
일을 표현하려면 일의 양을 수치로 표현한 그 자체와
얼마나 빨리라는 속도에 대한 개념이 들어가는 것이
합당해보입니다.
즉, 시간에 따른 일의 변화율을 기준으로 A 전구와 B 전구중 어떤놈이 더 높은 효율을
가지고 있는지를 나타내는게 합당하겠죠?
전압은 힘과 매칭된다 하였고
( V= dw / dq )
전류는 속도와 매칭된다고 하였죠.
( q=I * t 공식에서, I= dq / dt )
여기서 V와 I를 곱해보면 좀 골때리는 결과가 나타납니다
V * I = dw / dt
전압과 전류를 곱한 것이 시간에 따른 일의 변화율이 되버린다는 사실.
둘을 곱해놓고 보니 시간에 따른 일의 변화율로 표시가 된다는 것이죠.
이는 가시적인 물리학에서도 성립됩니다
F * S = W
(F는 힘, S는 거리, W는 일)
양변을 시간에 대해서 미분하면
F * V( ds / dt ) = dw / dt
즉 힘과 속도를 곱하면 시간에 따른 일의 변화율이 되고
전기에서는 이 단위가 효율적인 일에 대한 기준 정의가 되는 거에요.
이해하셨지요?
정리하면
P = V * I
P는 전력의 단위이며 와트로 읽는다
V는 전압의 단위이며 볼트로 읽는다
A는 전류의 단위이며 암페어로 읽는다.
여기서 전력 P를 소문자 p로 쓰고
p = v * i 라는 공식으로 표현이 된다면
p는 시시각각 변화하는 전력으로 정의되고
시시각각은 진짜로 아주 작은 단위의 시간까지도 계속 변화하는걸 의미해요.
비글 뛰어놀듯이요,
이런 전력을 순시전력이라고 이름을 붙입니다
뭐 대략적인 썰들은 풀어드린 것 같으니 이제 이론적인 부분으로 들어가봅니다!
전력도 양과 음이 존재합니다.
즉 전력에 양과 음이 존재한다는 이야기는
P = V * I 라는 공식으로 미루어 보았을때
V나 I의 부호가 서로 반대되는 경우가 있다는 것이겠지요.
즉, 전기적인 힘을 주고 있음에도 불구하고 전류는 전기적인 힘과 반대방향으로 흐름을 가지고 있는 겁니다.
그림으로 표현해보면 대충 요런 그림이 되겠죠.
첫번째 그림을 보면 +라고 표시되어 상단에서 전류가 저항 R1쪽으로 흘러들어가고 있죠
즉, 전압의 방향을 나타내는 V의 방향과 전류의 방향이 일치합니다.
전류는 +에서 -로 흐르는 성질을 가지고 있기 때문에
전압의 상대적 높은 전위인 +와 전류의 +방향이 같다고 판단할 수 있습니다.
V와 I의 부호가 동일하기 때문에
저항은 전력을 소비한다고 봅니다.
여기서 잠깐만요 !
전력을 소비한다는건 또 뭐냐구요?
전력을 소비한다는건 열에너지로 에너지가 변환된다는 의미입니다.
실제로는 열에너지 뿐만 아니라 빛에너지나 기타 에너지로도 변환이 되는데
온전히 전기 에너지로 전달이 되지 못하고 중간에 다른에너지로 변환되어버리기 때문에
전기의 입장에서는 소비가 되는것과 같죠.
여기서 골때린건 전기적인 힘을 거슬러 전류가 흐르는 경우도 있다는 건데요.
그림을 보면 아래와 같습니다.
전압의 상대적인 전위를 나타내는 +쪽으로 전류가 흐르고 있습니다.
전류는 +에서 -로 흐르는데
이 사례에서는 오히려 -에서 +쪽으로 흐르는듯 보입니다.
즉, 전압의 부호와 전류의 부호가 상반되어
전력이 -값이 됩니다.
어떻게 이런일이 발생할 수 있을까요?
다시 아래 그림을 봐봅시다.
이런 경우에는 그럴수도 있겠다는 생각이 들겁니다.
저항 R1 소자가 발전기구라 오히려 더 높은 전압을 내버리는 경우죠,
기존 그림의 전압인 V에 의해 +와 -가 있으나 오히려 발전하는 전압이 더 크기 때문에
비유가 맞는지는 모르겠으나 설명을 드려보자면.
투플러스 투마이너스가 되어 상대적으로 전위가 낮은쪽으로 흘러버리는 결과가 나타나는 것.
자. 정리합니다
P = V * I 인 수식에 대하여
P<0 -> 발전기로 작동하는 경우를 뜻함
P>0 -> 전력을 소모하는, 혹은 흡수하는 기구를 뜻함
정도입니다.
이는 어려운말로 수동부호규정이라고 이야기하기도 합니다.
오늘은 전력에 관련된 썰을 풀었습니다.
전력은 한마디로 정리하자면 누가더 엄친아야? 정도겠어요.
즉, 적은 시간을 들이고도 머리가 좋아서 좋은 성적을 뽑아내는 친구들.
분명히 어제는 나랑 같이 놀았는데 성적은 좋은 친구들.
나는 죽어라했는데 성적이 낮아서 좌절...
제가 직접 살아보니 성적이 좋고 나쁜거랑 사회적인 성공은 직접적인 관계는 없었습니다.
근데. 공학은 돈이 왔다갔다하는 문제다보니 뭐가 더 좋은지에 대한 판단이 까다로운것 같군요.!
오늘은 여기까지에요.
열심히 복습하시고 모르는건 댓글 ㄱㄱ
자 감염병 조심하시고 다음주에 뵙도록 하겠습니다~
끝
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