[회로이론] - 직렬 병렬 이란건 1차선, n차선을 의미

안녕하세요 공직자에요

 

오늘은 직렬과 병렬에 대해서 공부해볼껀데

 

사실 이부분은 비전공자분이라도 많이들 알고 계실 것 같아요.

 

지금은 잘모르겠지만...

 

저 어렸을적에는 초 중학교때도 과학? 물리시간에 직렬과 병렬을 배웠던

 

기억이 나네요 ㅎ

 

꼬마전구 집게로 연결하면서 뭐가 더 밝은지 관찰하는거...

 

 

다들 아시죠?

 

자 그럼... 이제부터 소개해드릴 내용은 다소

 

책이나 여타 학습법과 다를 수 있으니

 

펜과 암기를 바탕으로한 이해는 집어치우시고

 

 

 

마음으로 느껴보도록 합시다.

 

"전기는 가슴으로 느껴야 한다."

 

어느 꼰대상사가 후배들을 가르치는 글귀입니다.

 

전기라는게 백날 책으로 열심히 암기하고 이해해도

 

실제로 느낄 수 없다면 허상을 공부하는 것에 지나지 않죠.

 

이건 포스팅 할때마다 손가락 빠지도록 전달드린 내용인듯 하네요.

 

여튼

 

스토리의 그. 꼰대 상사가 바로 전데요.

 

밑에 후임 엔지니어들이 

 

어떤 문제점에 대해서 "논리적으로 말이 되지 않는다...", "그럴수가 없는건데??"

 

이런 말을 할때마다

 

저는 다소 해괴한 말들을 늘어놓습니다.

 

 

머리로 이해할려고 하지말고

 

마음으로 느껴봐.

 

ㅋㅋㅋ

 

어이가 없는 독자님도 있으실거 압니다.

 

근데 이게 진짭니다.

 

전기는 수식과 정확하게 맞아떨어지지 않고

 

충분히 전문성과 인사이트를 가지고 있더라도 실무에서 엔지니어는

 

매번 새롭고 알쏭달쏭한 문제점에 봉착합니다.

 

그때마다 문제를 해결할 수 있는 솔루션은

 

물론 나의 지식도 한몫 하겠지만 그보다는..

 

경험과 노하우, 실제로 벌어진 문제를 있는 그대로 받아들이고 인정하는 오픈마인드가

 

더 솔루션에 많이 기여한다고 생각합니다.

 

자 마인드 주입 끝났습니다.

 

지금까지 제 글을 많이 읽어오셨던 분들이라면 이쯤이 서론이 끝나고 본론으로 넘어간단걸 눈치채셨으리라

 

봅니다 ㅎ

 

본론으로 넘어갑니다.

 

---

직렬이란?

 

직렬은 쉽게말해서 1차선 도로를 뜻 합니다.

 

아래 회로를 봅시다.

 

 

 

회로를 차도에 비유하겠습니다.

 

 

 

직렬로 연결한다는 의미는

 

자동차가 이동하는 공간을 1차선으로 만들겠다는 의미입니다.

 

여기서...!! 자동차는 스타트 지점에서만 엑셀을 밟을 수 있다고 가정합니다.

 

뿌악 하고 딱한번 밟은 상태로 끝까지 이동한다면 어떤일이 벌어질까요?

 

아래 그림을 한번봐봅시다.

 

R1과 R2는 저항이고 전하의 움직임을 방해하는 성분이라고 이미

 

앞전 포스팅에서 설명드렸으니까.

 

R1은 진흙밭 R2는 눈밭이라고 보겠습니다.

 

 

자동차는 당연히 진흙밭에서 힘을 잃을 것이고

 

눈밭 역시 힘을 잃겠죠.

 

어느 순간부터는

 

저항성분(진흙밭, 눈밭) 때문에 힘을 모두 잃은 자동차가 정지해버릴겁니다.

 

어떤분은 이게 궁금하실 것 같습니다.

 

만약에.... 눈밭을 지나고도 자동차가 정지하지 않는다면 어떻게 되는거죠?

 

다행히도 그런일은 존재하지 않습니다.

 

두가지 이유에서 이런일이 존재하지 않습니다.

 

1. 예제 회로는 사실 이렇게(아래) 생긴 회로다.

 

 

2. 애초에 액셀을 밟을때 눈밭의 끝단에서 정지하게끔 자동차의 힘이 세팅된다.

   (자연계는 안정적인 상태를 좋아하기 때문에 쓸데없이 여유의 에너지를 발산하지 않는다.)

    PS. 이게 왜그런지는 하나님한테 여쭤보시면 됩니다. 

 

이렇게 이어져있다고 생각할 수 있으나..

 

실제로는 눈과 진흙이 섞여있는 모습.

정리해보면

 

전류가 동일한 힘으로 흐를 수 있는 이유는

 

사실은 저항이 곳곳에 골고루 분포 되어있기 때문이란겁니다.

 

그렇다면 왜 회로를 저항과 저항을 따로 떨어뜨려놓고 마치 선으로 이어진거처럼 표시하는거냐?

 

-> 보기가 좋으니까요.

 

노드의 개념에 대해서 말씀드린적이 있죠.

 

사실 전위가 동일한 선은 물리적으로 그렇게 이어진 선이 아니라 한점입니다.

 

이해를 위해서는 노드 관련 회로이론편을 다시 참고해주세요~

 

설명을 하다보니 말이 길어져 다시 정리하면

 

진흙따로 눈밭따로가 아니라 사실은 믹스된 거다

 

그렇다면 다음은 속도측면에서 봅시다.

 

진흙과 눈이 섞여있고 이를 적절히 분배하여 R1과 R2로 이루어졌다면

 

 

과연 진흙과 눈이 섞인 부분에서 딱 어느 부분의 속도를 잘라서 측정했다고

 

각각 속도가 다를수가 있나요?

 

네 없습니다. 똑같습니다.

 

대부분의 자료를 보면

 

직렬연결 전류가 동일한 이유를 설명할때 전하총량이 유지되서 그런거라고 표현하시는데

 

참 말이 모호한거 같습니다.

 

전류는 엄연히 단위시간당 전하량의 변화죠 ㅎ

 

전하총량이랑 상관없습니다.

 

어쨋든.

 

---

 

필요한 에너지만 정확히 내게끔 세상을 설계했거든요.

 

여러분이 위에 사례를 이해했다면 전류와 전압이 직렬 연결에서는 어떤 특성을 가지고 있는지

 

가슴으로 이해한겁니다.

 

제가 비유했던 자동차는 단위 전하입니다.

 

단위 전하(자동차)는 직렬 연결(1차선)일때 없어지거나 새로 생겨나지 않으므로 그 값이 늘 보존되며

 

전류라는건 전하량을 단위시간으로 나눈것. 즉 단위시간당 전하량(자동차 총수)의 변화

 

즉 1초에 얼마나 많은 전하량(자동차 수)이 이동했는가?

 

R1과 R2를 구태여 구분하긴 했지만 진흙과 눈이 섞인 것에서 경계를 나눴다는 것을 이해하면

 

전류(단위시간당 이동하는 자동차수)가 왜일정하게 유지되는지는 어렵지 않게 이해할 수 있습니다.

 

구간을 R1을 넓게(150옴) R2를 적게(50옴) 잡았다면

 

R1에서는 대부분의 자동차가 많은 힘을 소진할 것이고

 

R2에서는 R1보다는 상대적으로 적은 힘을 소진하겠다는 것도

 

직관적으로 이해가 가시는 부분이죠.

 

비유하여 사례를 표현하다보니 정리가 어려울것 같아 다시 정리합니다.

 

직렬연결에서

 

1. 저항은 R1 + R2 = R(total)

2. 전류는 직렬연결구간 어디에서도 늘 동일함

3. 전압은 옴의 법칙인 V=I*R 공식에 의해서 결정되는데 I는 전구간 일정하고 R은 이미 주어진 값임.

   즉, 전압은 저항의 크기에 비례

 

---

병렬이란?

 

병렬은 어떤 모양 일까요?

 

마찬가지로 아래 회로를 보시겠습니다.

 

 

병렬은 2차선 이상의 도로입니다.

 

병렬의 R1과 R2도 역시 진흙과 눈밭으로 표현해보도록 하겠습니다.

 

 

 

자...

 

양갈랫길이 생겼습니다.

 

마찬가지로 자동차를 타고 주행을 시작해볼까요?

 

문제에 봉착했어요.

 

진흙탕길보다 눈길이 훨씬 이동하기 수월하다는 겁니다.

 

일단 진흙탕길은 바퀴가 빠져서 아예나가지도 못하거니와 차가 완전 엉망이 되어버리고

 

눈길은 속도가 안나지만 비교적 진흙보다는 빠르게 이동할 수 있을것 같다는 겁니다.

 

엄연히 진흙이 있는데 대부분의 자동차가 눈밭으로 이동하는 기이한 현상이 나타나는 겁니다.

 

그래서 실제로는 커다란 저항(진흙)이 있는데도 진흙이 마치 없고, 비교적 작은저항(눈밭)으로

 

자동차들이 몰려버리는 현상이 나타납니다.

 

커다란 저항성분 진흙이 있는데도 불구하고 결과적으론 저항이 진흙보다 작아진 효과가 나타나버렸죠

 

이경우 자동차가 몰리는 댓수 자체가 달라버리니(눈밭이 진흙보다 차들이 몰림)

 

당연히 1초에 이동하는 자동차수도 다를 수 있겠네요.

 

허나 중요한 것은. 눈밭이나 진흙이나 어쨋든 스타트 지점에서는 동일한 힘으로 출발했다는 것.

 

---

정리해보면 100옴(진흙)과 50옴(눈밭)을 병렬로(2차선으로)연결했더니 단위전하가(자동차)

 

50옴(눈밭)으로 많이 몰리고 100옴(진흙)으로는 조금몰리는 현상이 발생했다.

 

마치 100옴(진흙)은 무시되고 50옴(눈밭)의 영향력이 강해지는듯 보인다.

 

애초에 몰리는 단위 전자수(자동차 수)가 각 경로(1차선, 2차선)마다 다르므로

 

전류의 정의인 단위시간당 변화하는 전하량(단위시간당 움직이는 자동차 대수)역시 

 

다르다.

 

당연히 자동차가(단위전하) 많이 몰린 50옴(눈밭)이 전류(시간당 자동차변화량)가 크겠지.

 

50옴 경로(눈밭)이나 100옴 경로(진흙밭)이나 어쨋든 스타트는 동일하고

 

동일한 전압(자동차 힘)을주어 출발했으므로

 

양갈랫길에서 전압(자동차 힘)은 같다.

 

병렬도 직렬과 마찬가지로 직관적으로 이해가 가능한 부분이 분명히 있을 겁니다.

 

다만 정리를 할필요가 좀있겠네요

 

병렬연결에서

 

1. 저항은 1 / (1/R1 + 1/R2) = R(total)

2. 전압는 병렬연결구간 어디에서도 늘 동일함

3. 전류는 옴의 법칙인 V=I*R 공식에 의해서 결정되는데 V는 전구간 일정하고 R은 이미 주어진 값임.

   즉, 전류는 저항의 크기에 반비례

 

저항의 크기가 역수의 합의 역수로 표시되는 부분은 왜그런지 그 원리에 대해서

 

기회가 된다면 자세하게 유도과정과 함께 해설토록 하겠습니다ㅎ

 

여기에서 해설드리면 너무 포스팅이 길어질 것 같군요~

 

---

 

오늘은 사실... 맥주 한캔 하면서 포스팅하다보니

 

포스팅이 다소 읽기 어렵게 이뤄진것 같네요.

 

사실 직렬과 병렬의 특징이나 공식이야

 

저보다 훨씬 깔끔하게 정리해놓은 서적이나 강의가 많을겁니다

 

제가 맥주 마시면서 이렇게 주저리 주저리 길게 이부분을 소개한 이유는

 

 

조금이나마 추상적인 학문인

 

전기공학을 몸으로 느끼고 머리로 떠올릴 수 있도록 하고 싶었기 때문인데요.

 

이게 제생각만큼 여러분들께 잘와닿게 되었을지는 자신이 없네요.ㅎ

 

여튼 모르시는 부분은 질문 남겨주시고.

 

제가 아는선에서 최대한 리플달아드리겠습니다.

 

저는 다음주에 이번 회차 관련된 이야기를 예제와 함께 조금더 풀어보는 시간을 가지겠습니다.

 

오늘은 여기까지

 

끝!