직류,교류 / 전압, 전류, 전력, 주파수 (전기기초) ­

우리는 지금 이 순간에도 전기를 사용하고 있지만 전기가 무엇인지 잘 모르는 사람이 많다.모든 가전 및 전기기기에 명시된 전력량은 무엇인가? 전압과 전류, 저항은 무엇인가? AC/DC는 무엇이고 주파수는 무엇인가. 휴대전화 충전기의 큰 덩어리는 무엇인가? 왜 멀티탭에 여러 개의 플러그를 꽂으면 왜 위험한가? 등 항상 주위에 있어서 당연한 것일 뿐, 왜인지는 이해하고 있지 않다.하지만 우린 이미 중고교 시절 이 모든 것을 배웠어. 다만 시험에 목적을 둔 공부였기 때문에 이해보다는 암기가 우선순위이고 그래서 기억도 이해할 수 없는 것이다.또 무슨 법칙이 그렇게 많은가, 앵무새의 법칙, 줄의 법칙, 앙페르의 법칙, 플레밍의 법칙, 패러데이, 렌츠 등… 그래서 나는 정말 전기 기초에 대해 얘기해 보려 한다. 기초적이긴 하지만 이것들만 알고 있어도 어디선가 전기 얘기를 할 때는 뒤지지 않을 것이다. 우선 간단히 요약해 본다.​​

물에 비하면 알기 쉽다.

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위 그림과 같이 배관을 통해 물을 흘려보내고, 수차를 돌린다고 생각해 보자.이때 물의 속도가 전압이 되고 배관은 전선이 되며 흐르는 물이 전류가 된다.이하에서 좀 더 자세히 살펴보자.전류(A: 암페어) 배관으로 물이 흐르듯 전선에는 전류가 흐른다. (사실 물 입자, 전류 입자가 흐르는 것이다.) 그리고 흘러온 물이 물레방아를 돌리듯 흘러간 전류도 선풍기를 돌린다. 즉, 전류란 전류입자(전하)의 흐름이며, 단위는 암페어(A=ampere)이다.(예: 우리집 에어컨은 11A, 선풍기는 0.5A이다.) 선풍기가 전류를 훨씬 적게 사용) 전압(V:볼트) 배관에 물을 보내려면 압력을(주사슬이 피스톤을 누르도록) 줘야 한다. 그래야 물이 흐를 수 있고 물레방아도 돌릴 수 있잖아. 마찬가지로 압력이 있어야 전류가 흐를 수 있고 선풍기를 돌릴 수 있는 것이다. 즉 전압이란 전류를 보내는 강도 또는 압력이다.(예: 1.5V 건전지의 전압은 1.5이다.즉, 1.5V의 세기를 가진 건전지이다.) 전력(W:와트) 수차를 1시간 돌리기 위해서는 적당량의 물과 수압이 필요하다. 이처럼 선풍기도 1시간 작동하려면 적당량의 전류와 전압이 필요한데 보통은 그대로 전력이 필요하다고 한다.즉 전력이란 1시간 전기장치에 공급되는 전기에너지이다. 그리고 그 전기에너지는 전압과 전류에 비례한다. 전압 x 전류=전력(예: 우리집 에어컨의 소비전력은 2600W(와트)이고, 선풍기는 45W(와트)이다.) 저항(옴) 배관에 잘 흐르는 물도 배관을 조금 닫아버리면 물의 양이 줄어든다. 전류 역시 저항이 있으면 전류량이 줄어든다. 즉, 저항이란 전류의 흐름을 방해하는 것을 말하며, 옴(진리교)이라고 한다.하한자로 책봉(醫)이라 쓰고 짐을 싸서 책임진다는 뜻이 있다. 이렇게 물레방아나 선풍기가 부하가 되는 것이다. 즉, 전력의 공급을 받아 일을 시키는 것을 부하라고 한다.(예: 모든 가전제품, 전기제품 등 전기를 사용하는 모든 기구를 부하라고 한다.)

전기는 보내는 방법에 따라 직류와 교류로 구분된다.직류(DC)는 흐름의 강약 없이 일정하게 보내는 방식이었고 교류(AC)는 멀리 보내기 위해 파도처럼 강약을 줬다. 따라서 아래 그림과 같이 직류(DC)는 날짜이며, 교류(AC)는 파형이 있는 것이다.우리는 모두 220V 콘센트를 통해 교류(AC)를 사용하지만 회로가 들어가는 정밀 전기기기는 대부분 DC(직류)를 사용한다.

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DC우리가 잘 알고 있는 발명왕 “에디슨”!! 그는 필라멘트를 사용한 백열전구를 발명했다. 전류를 보내면 불이 켜지는 백열전구로, 여기에 사용된 전류가 직류(DC)였다.직류(DC)는 문자 그대로 일정하게 곧게 흐르는 전기를 뜻한다. 물로 예를 들어 호스 안을 일정하게 흐르는 물을 생각하면 된다. 매우 안정되어 있는 것에 비해, 몇 km까지 밖에 전류를 보낼 수 없었다고 한다. 그래서 에디슨은 군데군데 발전소를 설치하고, 멀리까지 송전하려고 했다. 그런 가운데, 테슬라는 사람이 교류를 가지고 등장한다!!! AC역시 DC와 같은 전류이지만, 방식은 조금 다르다. DC가 호스 안을 일정하게 흐르는 물이라면 AC는 호스 안을 펌프(Pumping)하듯 흐르는 물이라고 할 수 있다. 당연히 지속적으로 펌프질을 한다면 호스 안의 물은 더 멀리 갈 수 있을 것이다. 그래서 AC(교류)는 훨씬 멀리 송전되는 것이다.그러나 AC(교류)는 위험하고 복잡한 전기장치 사용이 제한적이라는 단점이 있다.이것은 여담이지만, 에디슨은 라이벌인 테슬라의 AC(교류)를 디스하려고 “전기의자”를 고안했다고 한다. 즉, AC(교류)가 사람을 죽일 수 있는 매우 위험한 전류임을 세계에 알린 것이다.(심화내용: 가끔 DC를 배터리용으로 한정하는 문장을 본다. 물론 1차전지, 2차전지 모두 DC가 맞지만 배터리만 DC라면 말이 안 된다. 보통의 전자회로는 DC를 사용하기 때문이다. 데스크탑(PC)은 본체내의 파워 써플라이어가 컨버팅을 실시해, AC를 DC로 변환된 전류를 회로에 공급한다. 그 뿐만 아니라, 필자가 다루는 산업용 기계에도 AC를 받아 DC로 변환해, PLC를 통해서 모터를 제어한다. 이처럼 DC가 배터리에만 쓰이는 것은 아니다)Hz(주파수, 헤르츠)가 있는 해변에 파도가 미친 듯 빠르게 밀려온다고 가정해 보자. 1초간 60회 파도가 밀려온다고 한다.그러면 그 파도의 주파수는 60Hz(헤르츠)이다. 이처럼 주파수란 초당 밀려오는 파형의 횟수를 뜻한다. 그래서 파형이 없는 직류(DC)는 주파수가 없고 교류(AC)만 주파수가 있다.(참고) 대부분의 국가는 전기 규격을 정하여 통일하여 사용하고 있다. 한국은 60Hz, 220V를, 미국은 같은 60Hz이지만 전압은 110V로 한국과 다르다. 일본은 동과 서로 나뉘어 동일본은 50Hz를, 서일본은 60Hz를 사용한다. 사실 과거 한국도 미국이나 일본처럼 110V를 사용했다. 그러나 경제성 있고 안정적인 전력 공급망을 위해 1973년 가정용은 110V+220V, 산업용은 200V+380V로 높이는 2차 배전 승압사업을 추진해 2005년 11월 종료했다.​​

1) 노트북에 장착된 어댑터는 왜 필요한가?

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집에 있는 콘센트는 220V 교류전기(AC)만 공급한다. 하지만 노트북은 직류(DC)에서 작동한다. 즉 어댑터는 교류(AC)를 직류(DC)로 바꾸는 역할을 한다. 이러한 장치를 어댑터, 정류기 또는 컨버터라고 한다.휴대전화 충전기, PC 파워 서플라이 등 대부분의 전자제품은 이러한 장치가 필요하다.아래 사진은 내 노트북과 어댑터의 명판이다. 이 명판을 자세히 보면 어댑터의 역할을 정확히 알 수 있다.

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좌측(노트북)의 명판을 보면, 19V의 DC가 공급되어야 하며, 전류는 3.16A이며, 전력사용량은 60W임을 알 수 있다. 우측(노트북 어댑터) 명판을 보면 교류 100-240V(50/60Hz)를 받아 직류 19V, 2.1A로 출력한다는 내용이 있다. 참고로 직류와 교류의 명판 표기는 다음과 같다.

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일본에서 쓰던 가전을 한국에서 쓸 수 있습니까?일본은 110V(AC) 50Hz를 사용하고 한국은 220V(AC) 60Hz를 사용한다. 따라서 해당 가전이 110/220V 겸용인지를 반드시 확인해야 한다. 만약 겸용이라면 플러그만 바꿔서 사용하면 되지만 겸용이 아니라면 변압기(Transformer)를 써서 전압을 110V로 낮춰서 사용해야 할 것이다. 보통 트랜스라고 말하는데 전 어른들은 트랜스라고 말했던게 생각난다. 이 변압기는 보통 4만5만 원 정도 한다.

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사례 3) 멀티탭에는 몇 개까지 꽂을 수 있는가?몇 개가 아니라 용량에 맞게 꽂아야 한다. 모든 멀티탭에는 용량이 정해져 있으며 보통 뒷면에 표기되어 있다.먼저 설명차 집에 나뒹구는 멀티탭을 가져왔다.

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이 멀티탭 뒷면에는 전용량은 2000W 이하, 전열기구는 하나만 사용하라고 적혀 있다.즉 용량이 2000W이므로 그 이상을 사용하면 전선이 뜨거워지고 심하면 화재까지 발생할 수 있다. 특이 소비 전력량이 높은 전열기구에는 주의가 필요하다. 보통 2000W 이상이기 때문이다.(참고: 전열기구란 전기를 이용하여 발열하는 기기로 밥솥, 장판, 커피포트 등이 있다.) 그렇다! 가정에서 가장 많은 전기를 먹는 사람이 전기밥솥이라고 하는 통계가 있으므로, 절전을 생각한다면 사용법을 다시 생각해 보자) 덧붙여서 우측의 플러그 사진을 보면, 10A250V~로 되어 있다.전에 누군가가 나에게 질문했었다고 한다. 250V부터 쓸 수 있냐고? 여기서 “~”의 의미는 “에서”가 아니라 ‘교류’의 뜻이다. 즉 최대 10A전류와 250V전압을 넘지 말라는 뜻이다.​​​​​​​​

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