전기 저항

안녕하세요.

제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.

「전기와 자기」 단원에서 가장 중요한 마지막 개념을 공부하는 시간입니다.

바로 '전기 저항[electric resistance, 電氣抵抗]'입니다.

지난 시간에 배웠던 내용을 충분히 복습한 후에 이 학습자료를 공부해주세요.

● 전기 단원 기초 다지기

● 전하 [electric charge]

● 전류와 전압, 개념 잡기

*** 전기 저항 [electric resistance, 電氣抵抗]

전선으로 전류가 흐릅니다. 전선에는 (+)전하를 가진 원자핵이 있고, 전류를 흘려주면 (-)극에서 (+)극으로 전자가 이동하게 됩니다. 간단한 그림으로 알아볼게요.

전자들은 이동하면서 전선에 있는 원자핵들과 충돌할 수 밖에 없습니다. 원자핵이 전류가 흐르는 것을 방해하는 거죠. 이렇게 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타낸 것이 바로 '전기 저항'입니다.

또한 원자핵은 모든 물체에 있습니다. 그래서 거의 모든 물질은 전기 저항을 가지고 있다고 볼 수 있습니다. 그리고 물질을 이루는 원자의 종류와 구조가 다르기 때문에 전기 저항도 모두 다릅니다.

■ 도체, 부도체, 반도체

▶ 도체 [conductor, 導體]

저항이 작아서 전류가 잘 흐르는 물질을 말합니다.

ex) 금, 은, 구리, 알루미늄 등

▶ 부도체 [nonconductor, 不導體]

저항이 커서 전류가 잘 흐르지 않는 물질입니다.

ex) 종이, 고무, 나무, 플라스틱 등

▶ 반도체 [semiconductor, 半導體]

도체와 부도체의 중간적인 성질을 나타내는 물질입니다. 원래 성질은 부도체와 비슷하지만 어떤 작용을 가해주면 전류를 잘 흐르게 되는 성질을 띠기도 하지요.

ex) 규소(Si), 저머늄(Ge) 등

■ 길이 / 단면적

물질의 종류에 따라 저항이 다르다는 것을 알아보았습니다.

그렇다면 같은 물질일 경우 길이와 단면적은 저항의 크기와 어떤 관계를 가지고 있을까요?

▶ 길이

물질의 길이가 길면 전자가 지나는 길에 원자핵도 그만큼 많아지게 되겠죠. 그렇다면 충돌하는 횟수도 늘어나게 됩니다. 물질의 길이가 길수록 저항이 커지고, 물질의 길이가 짧을수록 저항은 작아집니다.

물질의 길이와 저항은 비례합니다.

▶ 단면적

물질의 단면적이 크면 단면을 통과하는 전자의 수가 많아집니다. 또한 전자가 지나갈 수 있는 길도 넓어집니다. 전류가 잘 흐르게 되는 것이죠. 물질의 단면적이 클수록 저항은 작아지고, 단면적이 작을수록 저항은 커집니다.

물질의 단면적과 저항은 반비례합니다.

※ 어떤 도선의 길이를 1m라고 하고, 단면적을 1㎡라고 합시다. 그렇다면 부피는 '단면적(1㎡) X 길이(1m) = 1㎥'가 됩니다.

이 도선을 엿가락처럼 주욱 늘려서 길이를 2m로 만들고 단면적을 0.5㎡로 만들었습니다. 부피는 변화가 없죠. ( 0.5㎡ X 2m = 1㎥)

하지만 저항은 크게 달라집니다.

길이가 2배로 늘었기때문에 일단 저항은 2배가 됩니다. 또한 단면적이 반으로 줄었기때문에 저항이 또 2배가 됩니다. 그래서 총 저항은 4배로 늘어납니다. (2배 X 2배)

■ 저항의 단위

옴 [Ohm, Georg Simon, 1789 ~ 1854]

옴은 독일의 물리학자입니다. 옴은 대학에 들어가서 철학, 수학, 물리학을 공부했으나 학비가 없어서 퇴학을 당하고 맙니다. 그 후 학교 교사로 근무하면서 빈곤하게 연구를 지속해 '옴의 법칙'을 발견합니다. 물론 이 법칙은 다음 시간에 자세히 학습하게 됩니다.

저항의 단위는 옴의 법칙을 발견한 이 물리학자의 이름을 따서 '옴[Ohm]'이라고 읽고 'Ω'기호로 표시합니다.

1Ω은 1A(암페어)의 전류가 흐르는 도체의 전압이 1V(볼트)일때의 저항의 크기입니다.

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전류, 전압, 저항을 간단하게 정리해보겠습니다.

- 전압: 전류를 흐르게 하는 능력 / 단위 [V, 볼트]

- 전류: 전하의 흐름 / 단위 [A, 암페어]

- 저항: 전류의 흐름을 방해하는 정도 / 단위 [Ω, 옴]

이 내용을 꼭 정리해서 학습하시길 바랍니다.

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