옴의 법칙과 전력

 

 

옴의 법칙

전기 회로에서 전압, 전류 및 저항 사이의 관계를 탐구하는 기본적이고 가장 중요하며 중요한 법칙입니다. 일정한 온도에서 회로를 통해 흐르는 전류는 해당 회로의 전압 또는 전위차에 정비례한다고 명시되어 있습니다.

 

대수적 형태로, V∝ I

V = IR

 

I는 회로를 통해 흐르는 전류이며 암페어 단위로 측정됩니다

V는 회로에 인가되는 전압이며 볼트로 측정됩니다

그리고 R은 옴 단위로 측정되는 저항이라고 하는 비례 상수입니다.

이 저항은 킬로 옴, 메가 옴 등으로도 지정됩니다.

 

따라서 옴의 법칙에 따르면 회로의 전류 흐름은 전압에 정비례하고 해당 회로의 저항에 반비례합니다. 옴의 법칙은 개별 부품 또는 전체 회로에 적용될 수 있습니다.

 

수학적으로, 전류, I = V/R

전압, V = IR

저항, R = V/I

 

옴의 법칙 삼각형

아래 배열은 옴의 법칙에서 서로 다른 수량 간의 관계를 옴 법칙 삼각형이라고 합니다. 이것은 전압, 전류 및 저항 사이의 관계를 설명하고 기억하기 쉬운 간단한 방법입니다.

 

 

위의 그림은 전압, 전류 및 저항과 같은 개별 용어와 해당 공식이 기본 옴 법칙 방정식에서 표현되는 옴의 법칙 삼각형을 보여줍니다. 위의 그림에서는 나머지 두 매개 변수에서 하나의 매개 변수가 계산됩니다. 따라서 저항이 높으면 인가 전압에 대해 저항이 낮을 때 전류 흐름이 낮고 전류 흐름이 높다는 결론을 내릴 수 있습니다.

 

전력

전력은 에너지가 회로에 의해 전달되는 속도를 제공합니다. 전력은 와트 단위로 측정됩니다. 이 전력은 전압으로 인해 회로에 전류가 흐를 때 소비됩니다.

그러므로, 전력은 전압과 전류의 곱입니다.

 

수학적으로, P = VI

옴 법칙에서 V = IR 및 I = V/R

거듭제곱 방정식에서 대입

 

P = I^2 R

P = V^2/ R

따라서 전력, P = VI 또는 I^2 R 또는 V^2/ R

 

이것은 회로에서 전력을 찾는 세 가지 기본 공식입니다. 따라서 두 수량 중 하나를 알고 있을 때 전력을 계산할 수 있습니다.

 

전력 트라이앵글

옴 법칙 삼각형과 유사하게 아래 그림은 전력, 전압 및 전류 간의 관계를 제공하는 전력 삼각형을 보여줍니다. 개별 매개변수 방정식은 이 그림으로 쉽게 기억할 수 있습니다. 측정할 매개변수를 반올림하고 숨기고 나머지 두 매개변수 위치는 아래 그림과 같이 숨겨지거나 반올림된 매개변수를 찾는 방정식을 제공합니다.

 

 

 

옴의 법칙 파이 차트

위의 두 개념에 앞서 옴의 법칙을 사용하여 회로 매개변수를 찾는 또 다른 방법인 옴의 법칙 파이 차트가 있습니다. 옴의 법칙 파이 차트를 사용하면 단순하거나 복잡할 수 있는 전기 회로를 단순화하는 데 필요한 전압, 전류, 저항 및 전력을 찾기 위해 모든 방정식을 쉽게 기억할 수 있습니다.

위의 그림은 전력, 전압, 전류 및 저항 간의 관계를 제공하는 원형 차트를 보여줍니다. 이 차트는 전력, 전압, 저항 및 전류에 대한 4개의 단위로 나뉩니다. 각 단위는 각 수식에 대해 알려진 두 개의 값이 있는 세 개의 수식으로 구성됩니다. 차트에서 회로의 각 매개 변수를 찾기 위해 사용 가능한 세 가지 공식 중 하나를 사용할 수 있습니다.

 

옴의 법칙을 그래픽으로 표현

이 개념을 더 잘 이해하기 위해 6개의 셀(각각 2V)로 조정 가능한 전압원이 전압 선택 스위치를 통해 부하 저항에 연결되는 실험 설정이 아래에 제시되어 있습니다. 전압계 및 전류계와 같은 측정 기기도 회로에 연결되어 회로의 전압 및 전류를 측정합니다.

 

부하 저항이 있는 조정 가능한 전압 소스

 

먼저 10옴 저항을 연결하고 선택 스위치를 위치 0에 놓습니다. 그런 다음 전류계는 2.2A를 읽고 전압계는 I = V/R, 즉 I = 2/10 = 0.2A이므로 4V를 읽습니다. 그런 다음 선택 스위치 위치를 두 번째 셀로 변경하여 부하에 0V를 적용하고 전류계 판독값을 기록해 둡니다. 선택기가 첫 번째 위치에서 마지막 위치로 단계적으로 변경되면 각각 2.0, 4.0, 6.0, 8.1, 1, 2.2의 전압 값에 대해 4, 6, 8, 10, 12과 같은 전류 값을 얻습니다.

 

마찬가지로 20옴 저항 대신 10옴 저항을 놓고 위와 같은 절차를 수행합니다. 각각 0, 1, 0, 2 및 0V의 전압 값에 대해 전류 3.0, 4.0, 5.0, 6.2, 4.6, 8.10, 12, <>의 전류 값을 얻습니다. 이러한 값의 그래프를 아래와 같이 플로팅합니다.

 

옴 법칙의 그래픽 표현

 

위의 그래프에서 주어진 전압에 대해 저항이 클 때 전류가 더 작습니다. 저항이 12옴이면 전류값이 1.2A인 전압 10V가 인가되고 저항이 0옴일 때 6.20옴인 경우를 생각해 보십시오. 마찬가지로 동일한 전류 흐름에 대해 저항이 클수록 전압이 더 큽니다. 위의 결과로부터, 저항이 일정할 때 전압과 전류의 비율은 일정하다. 따라서 전압과 전류 사이의 관계는 선형이며 저항이 클수록 이 선형 곡선의 기울기가 더 가파르게 됩니다.

 

옴의 법칙의 예

6V의 배터리가 6옴 부하에 연결된 아래 회로를 고려하십시오. 전류계와 전압계는 회로에 연결되어 전류와 전압을 실제로 측정합니다. 그러나 옴의 법칙을 사용하여 다음과 같이 전류와 전력을 찾을 수 있습니다.

옴의 법칙에서

V = IR

I = V/R

I = 6/6

I = 1암페어

전력, P = VI

P = 6×1

P = 6와트

 

그러나 실제로 전류계는 배터리의 내부 저항으로 인해 정확한 값을 표시하지 않습니다. 배터리의 내부 저항(배터리 내부 저항이 1옴이라고 가정)을 포함하여 전류 값은 다음과 같이 계산됩니다.

회로의 총 저항은 6 +1 = 7옴입니다.

전류, I = V/R

I = 6/7

I = 0.85암페어

 

자동차의 전조등 회로

아래 그림은 제어 회로를 제외한 자동차의 전조등 회로를 보여줍니다. 옴의 법칙을 적용하면 각 빛을 통해 흐르는 전류를 찾을 수 있습니다. 일반적으로 각 조명은 배터리와 병렬로 연결되어 있어 누군가가 손상되더라도 다른 조명이 빛날 수 있습니다. 램프의 저항이 각각 12.2인 이 병렬 램프에는 4V의 배터리가 공급됩니다.

회로의 총 저항은 R = R1x R2/ (R1 + R2) 병렬로.

R = 5.76 / 4.8 = 1.2

 

그러면 회로를 통해 흐르는 전류는 I = V/R입니다

I = 12/ 1.2

I = 10A입니다.

개별 램프를 통해 흐르는 전류는 I1 = I2 = 5A입니다(동일한 저항으로 인해).

 

 

AC 회로에 대한 옴의 법칙

일반적으로 옴의 법칙은 AC 회로에도 적용될 수 있습니다. 부하가 유도성 또는 용량성이면 부하의 리액턴스도 고려됩니다. 따라서 리액턴스 효과를 고려하여 옴 법칙을 일부 수정하여 AC 회로에 적용할 수 있습니다. AC의 인덕턴스와 커패시턴스로 인해 전압과 전류 사이에 상당한 위상각이 있습니다. 또한 AC 저항을 임피던스라고 하며 Z로 표시됩니다.

따라서 AC 회로에 대한 옴 법칙은 다음과 같이 주어집니다.

 

E = IZ

I = E/Z

Z = E/I

여기서 E는 AC 회로의 전압입니다.

I는 현재이고

Z는 임피던스입니다.

 

위 방정식의 모든 매개변수는 위상각을 포함하는 복잡한 형태입니다. DC 회로 파이 차트와 유사하게 AC 회로에 대한 옴의 법칙 파이 차트는 다음과 같습니다.

 

 

옴의 법칙의 예(AC 회로)

AC 부하(저항성과 유도성의 조합)가 10V, 60Hz의 AC 전원에 연결되는 아래 회로를 고려하십시오. 부하의 저항 값은 5옴이고 인덕턴스는 10mH입니다.

 

그런 다음 부하의 임피던스 값 , Z = R + jXL

Z = 5 + j (2∏×f × L)

Z = 5+ j (2×3.14× 60×10× 10-3)

Z = 5 + j3.76 ohm 또는 6.26 ohms, 위상각 -37.016

 

회로를 통해 흐르는 전류는 다음과 같습니다.

I = V/Z

= 10/ (5+ j3.76)

= 위상각 -1.597에서 37.016A