전기 회로의 정의, 그리고 전류

1. 전기 회로

기본적으로 전기 회로는 폐회로여야 한다. 전기 회로가 정의되기 위해서는 전류가 지속적으로 흐를 수 있어야 하고, 이는 전기 소자가 폐쇄 회로로 상호 연결되어 있어야 하기 때문이다.

 

2. 전류

앞서 말했듯 전류는 전기 회로 내에서 흐를 수 있으며 그런 전류는 회로의 한 점에서 흐르는 전하(전기 현상을 발생시키는 전기량)의 시변화율을 의미한다. 전류는 일정한 면적을 통해 흐르게 되며 단위 시간 동안 면적을 통과하는 전하량으로 정의된다. 이때, 쿨롱(C) 단위의 전하를 q라고 하면, 전류 i는 dq/dt(전하의 시변화율)로 정의되는 것이다. 이때, 전류의 단위는 A(암페어)이며 dq/dt로부터 단위를 C/s로 표현할 수도 있다.

 

2-1. 전류와 전하량의 관계

앞서 전류는 한 점에서의 전하의 시변화율로 정의했기 때문에 전하량 q를 알고 있다면 전류 i는 쉽게 구할 수 있다. 또, 반대로 전류를 알고 있다면 전하량 q는 쉽게 계산될 수 있다. 전하량 q는 -무한대부터 시간 t까지 전류 i를 시간에 대해 적분하면 되기 때문이다.

 

3. 전류의 흐름

전통적으로 전류의 흐름은 양전하의 흐름을 기준으로 한다. 이는 미국의 전기과학자 벤자민 프랭클린으로부터 시작되었다. 물론 현대에 이르러 금속 도체에 흐르는 전하가 음전하를 갖는 전하의 흐름에 의한다는 것은 잘 알려져 있다. 그럼에도 우리는 전통적인 개념에 의해 양전하의 흐름으로 전류의 흐름을 여긴다.

 

4. 직류와 교류

직류(Direct Current)는 크기가 일정한 전류이다. 이에 반해 시간에 따라 크기가 변하는 전류는 교류(alternating current)이다. 종종 sin x 형태의 모양을 띄는 정현적 파형만을 교류라고 생각하는 경우가 있는데 그것 뿐만 아니라 i가 y=x형태로 시간에 따라 변화해도, 또는 지수함수 형태로 변화해도 이 역시 교류이다.