전압이란 무엇인가?
물리학에서 전압은 두 지점 사이의 전기적 잠재력 차이를 의미합니다. 전압은 V로 표시되며, 전기장에서 참조점(a)에서 특정 지점(b)으로 전기 전하 단위를 이동시키는 데 필요한 작업 에너지의 양으로 정의됩니다. 수식으로는 ΔV = Va – Vb로 표현됩니다.
전압의 기본 원리
전압은 부정적으로 충전된 물체가 더 높은 전압 쪽으로 당겨지고, 양성으로 충전된 물체가 더 낮은 전압 쪽으로 당겨진다고 정의됩니다. 따라서 전선이나 저항기에서의 기존 전류는 항상 더 높은 전압에서 낮은 전압으로 흐릅니다. 옴의 법칙은 한 볼트가 한 옴의 저항을 통해 한 암페어의 전류를 강제로 흐르게 하는 데 필요한 힘의 양임을 명시합니다.
전압의 측정 단위
국제 단위계(SI)에서 전기 잠재력은 줄 당 쿨롱(J⋅C−1) 또는 볼트(V) 단위로 표현됩니다. 전기 잠재력 개념은 전기 현상을 이해하는 데 유용하지만, 실제로 측정 가능한 것은 잠재 에너지의 차이뿐입니다. 이러한 잠재 에너지의 차이는 볼트미터로 측정됩니다. 종종 시스템의 접지와 같은 공통 참조 잠재력이 한 지점으로 사용됩니다.
전압의 일반적인 값
다양한 크기의 전압을 비교하기 위해, 다음 목록은 일반적인 전압 수준을 설명합니다.
1.5V (DC): 비충전식 알칼라인 배터리(예: AAA, AA, C 셀)의 일반적인 개방 회로 전압.
3.8V (DC): 거의 모든 스마트폰 배터리가 3.8볼트에서 작동합니다. 충전기에서 배터리로 전류가 흐르게 하려면 전위차가 있어야 합니다. 따라서 거의 모든 스마트폰의 배터리 충전기나 USB는 5V의 전압을 제공합니다.
12V (DC): 자동차 배터리에 사용되는 일반적인 전압은 12볼트(DC)입니다.
110 – 120V (AC): 가정에서 가장 흔한 전기 콘센트 전압입니다. 아메리카 대륙은 110에서 120볼트(AC)의 전압을 사용하는 반면, 유럽, 아시아, 아프리카는 220에서 240볼트(AC)를 사용합니다.
전압 생성 방법
전압 또는 전기 잠재력은 다음과 같은 방법으로 생성될 수 있습니다.
정전기: 매일 마주치는 대부분의 정전기는 마찰전기 효과에 의해 발생합니다. 두 다른 재료를 문지르는 것으로, 예를 들어 호박을 모피로 문지르거나 유리를 비단과 문지르는 것으로 설명될 수 있습니다.
전기 화학: 특정 금속과 화학물질을 결합하여 화학 반응을 일으켜 전자를 이동시켜 전기 에너지를 생산합니다.
자기 유도: 정지된 자기장을 통해 와이어 코일을 회전시키거나 정지된 코일을 통해 자기장을 회전시켜 전기 잠재력을 생산합니다.
압전 효과: 특정 재료를 구부리거나 비틀면 전자가 힘의 방향으로 궤도를 벗어나게 됩니다. 힘이 해제되면 전자가 원래 궤도로 돌아갑니다.
열전기: 두 가지 서로 다른 재료를 접합하여 가열하면 재료 간에 전자가 이동하여 전류 흐름이 설정됩니다.
광전 효과: 전자기 복사(광자)가 물질의 표면을 치면 물질에서 광전자가 방출됩니다.
열전자 방출: 뜨거운 표면에서 전자를 방출하여 전자를 방출합니다.
전압 – 수력학적 유사성
수력학적 유사성 또는 전기-유체 유사성은 유체역학과 전기학 간의 널리 사용되는 유사성으로, 회로 작동 방식을 이해하는 데 어려움을 겪는 사람들에게 유용한 교육 도구입니다. 전기 전류가 보이지 않고 전자기학에서 발생하는 과정이 종종 입증하기 어려우므로, 다양한 전자 부품은 수력학적 등가물로 나타납니다. 전압과 전류 간의 관계는 옴의 법칙으로 정의되며(저항기와 같은 오믹 소자에서), 이는 Hagen–Poiseuille 방정식과 유사합니다. 전기(및 열)는 원래 유체의 한 종류로 이해되었으며, 전류와 같은 특정 전기 양의 이름은 수력학적 등가물에서 파생되었습니다. 전압은 호스를 통해 물을 밀어내는 압력 차이와 같습니다. 전압은 볼트(V) 단위로 측정됩니다. 이 모델은 물이 수평으로 흐르므로 중력의 힘을 무시한다고 가정합니다.
