오늘 끝나면
교류(AC)
- ✓교류(AC)의 핵심 문제를 한 문장으로 설명한다
- ✓오른쪽 실습에서 교류이 어떻게 움직이는지 관찰한다
- ✓다음 강의와 이어지는 한계를 말할 수 있다
실습 미션
사인파 — 진폭·주파수·위상으로 흔들리는 전기 이 문장이 실제로 무슨 뜻인지 실습에서 한 번 손으로 확인한다.
성공 조건
- □실습의 기본값을 먼저 관찰
- □입력값이나 모드를 한 번 이상 바꿔 결과 비교
- □왜 결과가 바뀌었는지 한 문장으로 설명
회로 · 10
교류
(AC)
전류가 한 방향으로만 고정돼 흐르는 게 직류(DC)다.
교류(AC)는 방향이 주기적으로 뒤집히면서 사인파로 출렁인다.
벽 콘센트로 나오는 전기가 바로 이 교류다.
방향이 바뀌는 전기
전류가 늘 한 방향으로만 흐르면 직류(DC)다. 건전지가 그렇다.
교류(AC)는 전류 방향이 주기적으로 바뀐다.
AC에서 전압은 +로 솟았다가 0을 지나 −로 내려간다.
+일 때는 전류가 한 방향으로 흐르고, −로 뒤집히면 반대 방향으로 흐른다.
이렇게 솟았다 내려가기를 1초에 수십 번 반복한다.
그 출렁이는 모양이 사인파다. 가장 매끈하게 오르내리는 파형이다.
식으로는 v(t) = A·sin(2πf·t + φ)라고 적는다.
A와 f와 φ, 이 세 숫자가 파형을 통째로 정한다.
왜 하필 사인파인가 하면, 회전하는 발전기에서 자연스럽게 나오기 때문이다.
코일이 자석 사이를 한 바퀴 돌 때 유도되는 전압이 딱 사인 모양이다.
0V를 넘나들며 +와 −를 오간다. 이것이 방향이 바뀌는 전기다.
진폭 · 주파수 · 위상
사인파 하나는 세 숫자로 완전히 묘사된다. 바로 진폭과 주파수와 위상이다.
진폭 A는 파형의 높이다. 위아래로 얼마나 크게 흔들리는지를 나타낸다.
A가 클수록 +A에서 −A까지 폭이 넓어진다.
주파수 f는 빠르기다. 1초에 몇 번 진동하는지를 나타내고, 단위는 헤르츠(Hz)다.
한 번 도는 데 걸리는 시간이 주기 T = 1/f다.
f가 크면 산과 골이 촘촘해지고, 작으면 늘어진다.
위상 φ는 시작점이다. 파형을 좌우로 얼마나 밀었는지를 나타낸다.
φ를 키우면 같은 모양이 옆으로 밀려서 출발 위치가 달라진다.
두 파형의 위상 차이가 곧 “엇박”의 정도다.
회색은 기준 파형, 파랑은 바뀐 파형이다
세 숫자를 직접 흔들기
진폭과 주파수와 위상을 흔들면 세 숫자가 파형을 어떻게 바꾸는지 드러난다.
진폭을 키우면 파형이 위아래로 더 크게 흔들린다. 높이만 변한다.
주파수를 키우면 같은 창 안에 산과 골이 더 많이 들어차서 촘촘해진다.
위상을 움직이면 모양은 그대로인데 출발점(검은 점)이 좌우로 밀린다.
세 숫자는 서로 독립이다. 하나를 바꿔도 나머지 둘은 그대로다.
주파수를 키울수록 주기 T가 짧아지는 것도 같이 보인다.
f와 T는 T = 1/f로 반비례한다. 빠를수록 한 주기가 짧다.
1초에 100번 진동한다. 한 번 도는 데 10 ms 걸리고, 이 20ms 창에는 산·골이 2개 들어찬다.
콘센트가 바로 AC
집 벽 콘센트로 나오는 전기가 교류다. 한국은 60Hz, 유럽은 50Hz로 출렁인다.
60Hz면 1초에 60번 진동하고, 한 주기가 1/60 ≈ 16.7ms다.
전압이 +로 솟았다 −로 뒤집히기를 1초에 60번 반복하는데, 너무 빨라서 눈에는 그냥 일정해 보인다.
벽 콘센트를 “220V”라 부르지만, 이건 봉우리 값이 아니라 실효값(RMS)이다.
실효값은 같은 일을 하는 DC로 환산한 전압이다.
봉우리는 220 × √2 ≈ 311V까지 솟는다.
그래서 AC 전압을 말할 때는 봉우리가 아니라 실효값으로 적기로 약속돼 있다.
사인파에서는 실효값 = 봉우리 / √2다.
왜 AC를 쓰나
멀리 보내는 전기를 굳이 AC로 쓰는 이유는 전압을 쉽게 바꿀 수 있어서다.
송전 손실은 전류의 제곱에 비례한다 (P = I²R).
같은 전력을 보낼 때 전압을 높이면 전류가 줄어 손실이 확 줄어든다.
그래서 송전탑은 수십만 V의 고전압으로 전기를 보낸다.
AC는 변압기로 전압을 손쉽게 올리고 내린다. 코일 감은 비율만 바꾸면 된다.
변압기는 출렁이는 전류라야 작동하기 때문에, DC로는 이만큼 간단히 바꾸지 못한다.
그래서 송전과 배전은 AC가 표준이 됐다.
다만 회로 속 칩은 DC로 돌아간다. 전압이 출렁이면 0과 1을 가리지 못한다.
그래서 어댑터가 AC를 DC로 바꿔(정류) 넣어 준다. AC와 DC는 쓰임이 다른 두 세계다.
Q. 주파수가 60Hz면 1초에 몇 번 진동하나? (16번 · 50번 · 60번 · 311번)
정답은 60번이다.주파수 f는 1초에 진동하는 횟수이고, 단위가 헤르츠(Hz)다.
60Hz는 1초에 60번 솟았다 내려가기를 반복한다는 뜻이다.
한 번 도는 데 걸리는 주기는 T = 1/60 ≈ 16.7ms이고, 311은 봉우리 전압(V)이라 횟수와는 무관하다.
| 변압이 쉽다 | 코일 비율만 바꿔 전압을 올리고 내린다 |
| 송전 손실이 적다 | 고전압이면 전류가 줄어 I²R 손실이 줄어든다 |
| 발전기 친화 | 회전하면 사인파가 자연히 나온다 |
| DC 변환 필요 | 칩은 DC로 돌고, 어댑터가 정류한다 |
보낼 때는 AC, 쓸 때는 DC다. 쓰임이 다른 두 세계다