[전기 이론] 전류의 이해

 전류(電流, Current)는 간단하게 말하면 전기의 흐름이라 얘기할 수 있지만 더 자세하게 말하면 전하의 흐름이라고 볼 수 있다. 전하를 알기 위해서는 물리학에 대해서 알아야 하는데 물질의 특성을 잃지 않은 상태의 가장 작은 입자를 분자(分子, Molecure)라고 한다. 이러한 분자를 더 쪼개면 그 물질의 성질을 잃어버리게 되고 이를 원자(原子, Atom)라 부른다.

 

 이러한 원자는 원자핵, 중성자, 전자로 구성되어 있으며 원자핵은 전기적으로 양(+)의 성질을 가지고 있고 전자는 전기적으로 음(-)의 성질을 가지고 있다. 여기서 전기적인 양(+)의 성질을 양(+) 전하, 전기적인 음(-)의 성질을 음(-) 전하라 부른다. 결국 전하(電荷, Electric Charge)는 물질이 가지고 있는 고유한 전기적 성질을 의미한다.

원자의 구조 / 출처 : 한화토탈에너지스

 

 물체는 양성자와 전자의 갯수가 같아 전기적으로 중성이지만 외부의 요소로 인하여 균형이 깨지게 되면 전자의 이동이 발생하게 된다. 이를 대전(帶電, Electrification)이라고 하며 이러한 현상을 통하여 전기를 띠게 되는 물체를 대전체(帶電體, Electrified Body)라 한다.

대전 현상 / 출처 : 나무위키

 

 이러한 대전현상은 정전기와도 관련이 깊은데 정전기(靜電氣, Static Electricity)는 전하가 움직이지 않는 상태를 의미하며 정전기의 특징은 평소에 대전이 이루어지지 않다가 외부적인 요소로 인하여 일시적으로 전류가 흐르게 된다. 가장 간단한 예시로는 머리카락과 풍선을 마찰시키면 머리카락이 뜨는 것을 예로 들 수 있다. 이러한 현상을 프랑스의 물리학자 클롱이 실험을 통해 알아냈으며 두 개의 대전된 입자 사이에 작용하는 정전기적인 인력이 두 전하의 곱에 비례하고 두 입자 사이의 거리에 반비례한다는 법칙을 클롱의 법칙(Coulimb's Law)이라고 한다. 이 식에서 F는 대전된 입자 상호간의 작용하는 힘이며 단위는 N이고 뉴턴이라 읽는다. Q는 전하를 나타내며 여기서 유전율(誘電率, Electric Permittivity)이란 유전체가 전하를 축적하려는 성질이나 전기가 분극화되려는 정도를 의미한다.

클롱의 법칙

 

 대전현상이 발생하면 물체는 대전체가 되고 전기를 띠게 되며 전기의 양을 가지게 되는데 이는 전하량(電荷量, Quantity of Electric Charge)이 되며 전하량은 기호로 Q, 단위는 C로 클롱이라 읽는다. 결국 전류는 전하를 띤 전자의 흐름을 의미하며 기호는 I, 단위는 A이며 암페어라고 읽으며 공식을 다음과 같이 나타낼 수 있다. 이 공식에서 알 수 있는 것은 1A의 전류는 1초 동안 1C(1C = 6.24 x 10^18개의 전자)의 전하가 이동한다는 것을 의미한다.

전류 및 전하량 공식

 

 참고적으로 전류는 빛의 속도와 거의 비슷하다. 하지만 전자는 매우 느리다. 그렇다면 어떻게 빛의 속도처럼 빠를 수 있을까에 대해서 말하자면 도미노를 생각해보면 되는데 도미노처럼 전자가 연쇄적으로 움직이기 때문에 즉시 반응하는 것처럼 보이는 것이다.

 

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