볼트 – 전압 단위 정의
볼트(Volt)는 전도성 와이어의 두 점 사이의 전기적 잠재력을 정의할 때 사용되는 단위입니다. 특히, 전류가 1암페어(Ampere) 흐를 때 해당 두 점 사이에서 1와트(Watt)의 전력을 소모할 때의 전기적 잠재력을 나타냅니다. 볼트는 전기 잠재력, 전기 잠재력 차(전압), 그리고 전기기전력을 위한 파생 단위입니다. 국제 단위 체계(SI)에서 전기 잠재력은 줄 당 쿨롱(Joule per Coulomb, J⋅C-1) 혹은 볼트(Volt, V)로 표현됩니다. 볼트는 이탈리아 물리학자 알레산드로 볼타(Alessandro Volta, 1745–1827)의 이름을 따서 명명되었습니다.
볼트의 정의 및 전압의 기본 개념
1쿨롱(Coulomb)은 대략 6.28 x 1018 (백억, 백억) 개의 전자와 같습니다. 예를 들어, 어떤 물체가 1쿨롱의 음전하를 얻는다면, 그 물체는 6,280,000,000,000,000,000개의 추가 전자를 얻은 것입니다. 볼트는 1쿨롱의 전류가 1줄의 일을 할 때 발생하는 잠재력 차이로 정의됩니다. 전압은 음전하를 가진 물체가 더 높은 전압쪽으로 끌리고, 양전하를 가진 물체가 더 낮은 전압쪽으로 끌리도록 정의됩니다. 따라서 전선이나 저항체에서의 전류는 항상 더 높은 전압에서 더 낮은 전압으로 흐릅니다. 옴의 법칙은 1볼트가 1옴의 저항을 통해 1암페어의 전류를 강제로 흐르게 하는 데 필요한 힘의 양이라고 규정합니다.
전압의 일반적인 수준
다양한 크기의 전압을 비교하기 위해, 다음과 같은 전압 수준이 일반적입니다:
1.5V(DC): 비충전식 알칼라인 배터리(AAA, AA, C형)의 일반적인 개방 회로 전압.
3.8V(DC): 거의 모든 스마트폰 배터리가 작동하는 전압.
12V(DC): 자동차 배터리에 사용되는 일반적인 전압.
110 – 120V(AC): 대부분의 가정에서 사용되는 전기 콘센트의 전압. 미주에서는 110V에서 120V(AC)를 사용하고 유럽, 아시아, 아프리카에서는 220V에서 240V(AC)를 사용합니다.
3kV: 전기 아크 1mm를 생성하기 위해 필요한 전압.
110kV: 발전소에서 소비자에게 전기를 분배하기 위해 사용되는 전력 전송선의 전압.
300MV: 전형적인 번개는 약 3억 볼트의 전압과 약 3만 암페어의 전류를 가집니다.
전압 생성 방법
전압, 혹은 전기 잠재력은 다음과 같은 방법으로 생성될 수 있습니다:
정전기: 일상에서 마주치는 대부분의 정전기는 삼중전기 효과에 의해 발생합니다. 두 가지 다른 재료를 문지름으로써 발생하는 전하 이동으로 설명됩니다.
전기화학: 특정 금속과 화학물질을 결합하여 전자를 이동시켜 전기 에너지를 생성하는 화학 반응을 일으킵니다.
자기 유도: 정지된 자기장을 통해 와이어 코일을 회전시키거나, 정지된 코일을 통해 자기장을 회전시켜 전기 잠재력을 생성합니다.
압전 효과: 특정 재료를 구부리거나 비틀면 전자가 힘의 방향으로 궤도를 벗어나게 되고, 힘이 해제되면 전자가 원래의 궤도로 돌아갑니다.
열전기: 두 가지 다른 재료를 접합하여 가열하면 두 재료 사이에 전자가 이동하며 전류 흐름을 생성합니다.
광전 효과: 전자기 복사(광자)가 물질 표면에 충돌할 때 물질에서 광전자가 방출됩니다.
열전자 방출: 뜨거운 표면에서 전자를 방출하여 전자가 탈출하게 합니다.