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오늘도 재미있는 전기 기초 시간. 저항(Resistance)에 대하여 함께 알아보도록 하겠습니다.
저항(Resistance) 이란?
바닥에 정치한 물체를 처음 움직이기 위해서는 움직이는 방향으로 힘이 가해져야 합니다. 물체와 바닥이 닿은 면에 마찰력이 가해지기 때문이죠. 그래서 마찰력의 힘보다 큰 힘으로 물체를 밀어주면 드디어 물체가 움직이기 시작합니다. 전기에서 저항도 이 마찰력과 비슷하게 생각할 수 있습니다.
전자가 물질 속을 이동할 때 물질 내의 원자와 충돌을하여 저항을 받습니다. 이 저항은 물질이 지니고 있는 자유 전자의 숫자, 원자핵의 구조, 물질의 형상 혹은 온도에 따라서 변하게 됩니다. 이와 같이 물질 속에 전류가 흐르기 쉬운지 어려운지 그 정도를 표시하는 것을 전기 저항이라고 합니다.
저항의 종류에는 전선의 전기 저항도 있지만, 전구나 전동기 등의 부하에도 저항이 있습니다. 저항은 전류의 흐름을 방해하는 요소이므로 전선의 저항이 크면 부하에 흐르는 전류가 감소합니다. 따라서 충분한 전기를 공급하지 못하게 되므로 전선의 저항은 가능한 작아야 합니다.
저항의 단위로 옴(Ω)을 사용합니다.
저항 단위 앞에 붙일 수 있는 SI 접두사도 함께 살펴볼까요?
| 인자 | 접두사 | 기호 |
| 10^18 | exa | E |
| 10^15 | peta | P |
| 10^12 | tera | T |
| 10^9 | giga | G |
| 10^6 | mega | M |
| 10^3 | kiro | K |
| 10^(-18) | atto | a |
| 10^(-15) | femto | f |
| 10^(-12) | pico | p |
| 10^(-9) | nano | n |
| 10^(-6) | micro | µ |
| 10^(-3) | mili | m |
10 제곱으로 커질수록 킬로, 메가, 기가, 테라까지는 많이 들어본 단위입니다. 이 단위는 데이터나 통신에서도 많이 쓰는 단위이죠. 기호로는 대문자로 표기합니다.
10의 마이너스 제곱으로 작아질수록 밀리, 마리크로, 나노, 피코까지는 많이 들어보셨을 거라 믿습니다. 반도체나 나노과학이라는 분야에서 작은 소자나 공정 쪽에서 사용하는 말이죠.
도체와 절연체
전기를 공급해주기 위해 곳곳에 설치된 네트워크는 전선으로 연결되어 있습니다. 초고압인 345kV, 154kV부터 22.9kV까지 전압강하를 시키고 가정집에서 220V를 사용하기까지 각종 케이블로 연결되어 있는데요. 지금부터 케이블의 주요 자재인 도체와 절연체에 대해서 간략히 살펴보겠습니다.
은이나 구리, 알루미늄 같은 금속은 비교적 자유전자가 쉽게 이동할 수 있는 물질입니다. 그래서 전기저항이 작은 편이며, 이러한 물질을 도체(Conductor)라고 부릅니다. 반면에 유리, 사기, 종이, 플라스틱, 고무, 비닐 종류는 자유 전자를 거의 이동시킬 수 없습니다. 그래서 부도체 혹은 절연체(Insulator)라 하며 주로 전기 절연재료로 사용됩니다.
길이와 단면적에 따른 저항의 변화
도체의 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례합니다.
예를 들어서 설명해보겠습니다. 길이가 2배로 증가하면 저항도 2배로 증가합니다. 하지만 단면적이 2배로 증가하면 저항은 1/2로 감소됩니다.
1. 단면적이 클수록 저항은 감소하고 전류는 잘 흐릅니다.
2. 길이가 짧을수록 저항은 감소하고 전류는 잘 흐릅니다.
3. 단면적이 적을수록 저항은 증가하고 전류는 잘 흐르지 못합니다.
4. 길이가 길수록 저항이 증가하고 전류가 잘 흐르지 못합니다.
이렇게 저항은 물이 흐르는 배관에 비유할 수 있습니다. 흐르는 물은 전류이고 배관이 저항에 빗대어 설명해보겠습니다. 수도배관이 두꺼우면, 즉 단면적이 크면 물이 더 많이 흐를 수 있습니다. 그러므로 저항이 작다고 할 수 있겠죠. 반면에 수도배관이 얇으면, 즉 단면적이 작아지면 적은 물 밖에 흐르지 못합니다. 그러므로 저항이 크다고 말할 수 있습니다. 전류와 저항의 관계는 수도배관을 흐르는 물을 생각하시면 쉽게 이해하실 수 있으므로 잘 기억해주시기를 바랍니다.
오늘도 즐거운 전기 상식에 대해서 살펴보았습니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.