전기란
무엇인가

전기 = 전하의 흐름

전기는 신비한 게 아니다. 전하라는 알갱이가 움직이는 현상이다.

물질은 원자로 돼 있다. 원자 안에는 음(−) 전하인 전자와 양(+) 전하인 양성자가 있다.
구리 같은 도체는 바깥쪽 전자가 원자에 헐겁게 묶여 있어 쉽게 풀려난다. 이게 자유전자다.

자유전자가 한쪽으로 우르르 흐르는 것이 전기다.
전하의 단위는 쿨롱(C)이고, 전자 하나는 약 1.6×10⁻¹⁹ C이다.

관습상 전류의 방향은 양(+)에서 음(−)으로 적는다.
실제 전자는 반대로 흐르지만, 부호만 뒤집힌 같은 이야기라서 회로 해석에는 지장이 없다.

전압 · 전류 · 저항을 물로 보기

이 세 단어는 물탱크 하나로 다 설명된다.

전압은 전하를 미는 힘이다. 물탱크 수위가 만드는 수압과 같다.
수위가 높을수록 더 세게 밀어낸다. 단위는 볼트(V)다.

전류는 실제로 흐르는 전하의 양이다. 관을 지나가는 물살이다.
1초에 1쿨롱이 지나가면 1암페어(A)다.

저항은 흐름을 막는 정도다. 관이 좁을수록 흐름이 줄어든다. 단위는 옴(Ω)이다.

셋은 한 식으로 묶인다

전압, 전류, 저항은 한 식에 묶여 있다.

밀어주는 힘인 전압이 클수록 더 흐르고, 막는 저항이 클수록 덜 흐른다.
이걸 식으로 적으면 V = I × R 이다.

물탱크로 보면 당연하다. 수압을 두 배 올리면 물살도 두 배가 되고, 관을 절반으로 좁히면 물살도 절반이 된다.
전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다. 식으로 옮기면 I = V / R 이다.

이 한 줄이 옴의 법칙이다. 회로 계산의 출발점이다.

회로는 전하가 도는 닫힌 길

전하는 아무 데서나 흐르지 않는다. 길이 한 바퀴 닫혀 있어야 흐른다.

전원(전압)에서 나온 전하가 도선을 타고 부품을 지나 다시 전원으로 돌아와야 한다.
이 닫힌 한 바퀴가 회로다. 중간이 끊기면 흐름이 멈춘다.

스위치를 끄는 건 길을 일부러 끊는 것이다. 끊긴 자리는 흐름이 0이다.
전구가 안 켜질 때 회로 어딘가 끊어진 데를 찾는 게 그래서 기본이다.

전류는 닫힌 길 어디서나 같은 양으로 흐른다. 들어간 만큼 나온다.
이 “들어간 만큼 나온다”는 규칙이 키르히호프 전류 법칙이다. 뒤에서 정확히 다룬다.

단위 한 장으로 정리

앞에서 나온 양들을 단위로 정리한다.

전하는 쿨롱(C), 전압은 볼트(V), 전류는 암페어(A), 저항은 옴(Ω)이다.

전류의 정의는 단위 시간당 흐른 전하다. 식으로 적으면 1 A = 1 C / s 이다.
1초에 1쿨롱이 지나가면 1암페어라고 외우면 된다.