[중학교 2학년/ 과학2] 전기/ 핵심정리/ 요약

건조한 날 머리를 빗을 때 머리카락이 빗에 달라붙거나, 가전제품을 마른 걸레로 닦을 때 먼지가 다시 달라붙기도 한다. 이것은 물체 사이의 마찰에 의해 전기가 발생 하였기 때문이다. 이와 같이 마찰에 의해 물체가 띠는 전기를 마찰 전기라고 한다. 마찰 전기는 물체에 머물러 있기 때 문에 정전기라고도 한다.

 

미끄럼틀에 의한 정전기 현상

 

전기의 발생

물질을 구성하는 원자의 중심에는 (+)전하를 띤 원자핵이 있고, 그 주위에는 (-)전하를 띤 전자들이 있다. 원자는 원자핵의 (+)전하의 양과 전자의 (-)전하의 양이 같아서 전기를 띠지 않으며, 이러한 원자로 이루어진 물체도 전기를 띠지 않는다. 그런데 서로 다른 두 물체를 마찰하면 한 물체에서 다른 물체로 전자가 이동한다. 이때 전자를 잃은 물체는 (+)전하를 띠고, 전자를 얻은 물체는 (-)전하 를 띤다. 이와 같이 물체가 전하를 띠는 현상을 대전이라고 하고, 전하를 띤 물체를 대전체라고 한다. 두 물체를 마찰하였을 때 (+)전하로 대전되기 쉬운 물체부터 순서대로 나열하면, (+)털가죽 ‐유리‐명주‐고무‐플라스틱(-) 순이고, 이를 대전되는 순서, 또는 대전열이라고 한다.

 

전하를 띤 물체 사이에 작용하는 힘을 전기력이라고 하는데, 전기력은 물체가 띤 전하의 종류에 따라 서로 끌어당기거나 밀어내는 방향으로 작용한다. 두 물체가 다 른 종류의 전하로 대전되어 있으면 서로 끌어당기는 전기력이 작용하고, 같은 종류 의 전하로 대전되어 있으면 서로 밀어내는 전기력이 작용한다.

 

물체가 대전되었는지 아닌지를 알아보는 기구를 검전기라고 한다. 검전기에 대전체를 가까이 할 때 금속박에서 일어나는 변화를 관찰하여, 금속이 전기를 띠는 현상을 알아보자. 검전기의 금속판에 (-)대전체를 가까이 하면 금속판의 전자들은 밀어내는 힘에 의해 금속박으로 밀려나면서 두 금속박이 (-)전하로 대전된다. 따라서 두 금속박 사이에는 서로 미는 힘이 작용하여 금속박이 벌어진다. 전하를 띠지 않은 금속 막대에 대전체를 가까이 할 때 금속 막대에 전하가 유도 되는 현상도 같은 원리로 설명할 수 있다. 예를 들어, 금속 막대에 (-)대전체를 가 까이 하면 전자가 대전체에서 먼 곳으로 밀려나면서 (-)대전체와 가까운 곳에는 (+)전하가, 먼 곳에는 (-)전하가 유도된다. 반대로 금속 막대에 (+)대전체를 가 까이 하면 전자가 대전체 쪽으로 끌려와서 (+)대전체와 가까운 곳에는 (-)전하 가, 먼 곳에는 (+)전하가 유도된다. 전하를 띠지 않은 금속에 대전체를 가까이 하면 대전체와 가까운 곳에는 대전체 와 다른 종류의 전하가 유도되고, 대전체와 먼 곳에는 대전체와 같은 종류의 전하 가 유도되는데, 이러한 현상을 정전기 유도라고 한다.

 

전기의 발생 요약자료

전가의 이동과 전류

전구와 전지를 도선으로 연결하면 전구에 불이 켜지고, 청소기의 전원 스위치를 누르면 전동기가 회전하면서 청소기가 작동한다. 이것은 전자가 도선을 따라 계속 이동하면서 전하를 운반하기 때문인데, 이러한 전하의 흐름을 전류라고 한다. 또, 전지, 스위치 등을 도선으로 연결하여 전류가 도선을 따라 흐를 수 있도록 한 것을 전기 회로라고 한다. 전기 회로를 연결하는 도선 내부에는 자유롭게 움직일 수 있는 전자들이 있다. 스위치가 열려 있을 때는 전자들이 불규칙하게 움직이므로 전류가 흐르지 않는다. 그러나 스위치를 닫으면 전자들이 전기력을 받아 (-)극에서 (+) 극으로 이동하므로 전류가 흐른다. 이때 전류는 전지의 (+)극에서 (-)극으로 흐 른다고 정하였다. 즉, 전류의 방향은 전자의 이동 방향과 반대이다. 도선에 전류가 흐를 때 전류의 세기는 전기 회로에서 단위 시간 동안 도선의 한 단면을 통과하는 전하의 양에 따라 달라진다. 전류의 세기를 나타내는 단위는 A(암페어)를 사용하며, 전류의 세기는 전류계를 이용하여 측정한다. 펌프를 이용하여 물을 퍼 올리면 물의 높이 차이가 생긴다. 이러한 물의 높이 차이에 의해 수압 차이가 생기고, 물은 수압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다.

전기 회로에서도 전류가 계속 흐르기 위해서는 수압에 해당하는 것이 있어야 하는데, 이것을 전압이라고 한다. 즉, 전압은 전류를 흐르게 하는 능력이다. 전압의 단위는 V(볼트)를 사용하며, 전압은 전압계를 이용하여 측정한다.전기 회로에서 전류와 전압을 측정할 때 전류계는 회로에 직렬로 연결하고, 전압 계는 회로에 병렬로 연결한다. 또, 전류계와 전압계의 (+)단자는 전지의 (+)극 쪽에 연결하고, 전류계와 전압계의 (-)단자는 전지의 (-)극 쪽에 각각 연결한다.

 

전자의 이동과 전류 요약자료

여러 가지 전기소자들의 기호

전압, 전류, 저항의 관계

수조에 연결된 관에서 나오는 물줄기의 세기는 수조 속 물의 압력에 따라 달라진다. 전기 회로에 흐르는 전류의 세기는 무엇에 의해 달라지는지 알아보자. 전원 장치와 니크롬선을 연결한 회로에서 니크롬선에 걸리는 전압이 클수록 회 로에 흐르는 전류의 세기도 커진다. 전압의 크기를 2 배, 3 배로 할 때 흐르는 전 류의 세기도 2 배, 3 배로 증가한다. 길이가 다른 니크롬선에 같은 크기의 전압을 걸어 줄 때 흐르는 전류의 세기는 다르다. 이는 회로에 전류가 흐르는 것을 방해하는 정도가 다르기 때문이다. 이와 같이 전류의 흐름을 방해하는 정도를 저항 또는 전기 저항이라고 한다. 전기 저항 의 단위로는 Ω(옴)을 사용하며, 1 Ω은 1 V의 전압을 걸었을 때 1 A의 전류가 흐 르는 도선의 저항이다. 전압이 일정할 때, 저항이 큰 물체는 전류가 적게 흐르고, 저항이 작은 물체는 전류가 많이 흐른다. 전기 저항은 전류가 흐를 때 도선 내부에서 이동 하는 전자들이 원자와 충돌하기 때 문에 발생한다. 회로에 흐르는 전류의 세기는 전압에 비례하고 저항에 반비례하는데, 이를 옴의 법칙이라고 한다. 전류의 세기를 I, 전압을 V, 저항을 R라고 할 때, 이들 사 이의 관계를 다음 식으로 나타낼 수 있다.

옴의 법칙

 

전류, 전압, 저항의 관계에 대한 요약자료

저항의 연결

저항의 직렬연결과 병렬연결은 어떤 특징이 있으며, 우리 주변에서 어떻게 이용 되고 있는지 알아보자. 두 저항을 직렬로 연결하면 두 저항에 흐르는 전류의 세기는 같고, 각 저항에 걸 리는 전압은 저항의 크기에 비례한다. 이때 전체 저항은 증가하고, 두 저항 중 하 나라도 끊어지면 회로 전체에 전류가 흐르지 않는다. 화재경보기에 있는 화재 감지 장치와 경보 장치는 서로 직렬로 연결되어 있어 화재 감지 장치 속의 두 금속이 열 을 받아 휘어지면 회로가 닫히게 되어 경보 장치가 작동한다.

두 저항을 병렬로 연결하면 두 저항에 걸리는 전압의 크기는 같고, 각 저항에 흐 르는 전류의 세기는 저항의 크기에 반비례한다. 이때 전체 저항은 감소하고, 두 저항 중 하나가 끊어져도 다른 저항에는 전류가 계속 흐른다. 여러 전기 기구에 전원을 연결하는 멀티탭은 단자들이 서로 병렬로 연결되어 있어 각 단자에 걸리는 전압의 크기는 일정하고, 한 단자의 연결이 끊어져도 다른 단자의 연결 상태에는 영향을 미치지 않는다.

 

저항의 연결 요약자료

 

직결연결과 병렬연결에 의한 저항