[전자] 2. 전력 계산 및 직류와 교류 every circuit

안녕하세요. 오늘은 직류와 교류 회로의 특징, 그리고 전력을 계산하는 방식에 대해서 every circuit을 활용하여 알아보도록 하겠습니다. 지난번 포스팅에서도 소개드렸지만 기본적인 회로 구성을 테스트해볼 수 있는 everycircuit 이라는 프로그램을 활용하여 회로의 특성들을 스터디해보고 있습니다. 별도 다운로드 없이 everycircuit.com/app 을 검색창에 입력하시면 사용이 가능하시니 어렵게 생각하지 마시고 한 번씩 활용해보세요:) (복잡한 회로는 유료결제가 필요한데, 이 때는 대체 가능한 무료툴도 안내 드릴게요)

 

1. 직렬 연결 vs 병렬 연결 비교

 

지난 포스팅에서와 같은 led 특성 (3V / 20mA)을 가진 led 3개를 각각 병렬/직렬 배치해본 뒤, 3V/20mA가 흐를 수 있는 조건을 세팅해보도록 하겠습니다.

 

◎ 먼저 직렬로 연결한 경우입니다. 

  - 전압이 각 3V씩 걸려아하기 때문에, 총 9V의 전압을 인가합니다.
  - 9V를 가해주면 각 led에 20mA가 흐르는 것을 확인할 수 있습니다.

이 상황에서 회로의 전체 저항값을 예상해보면 9 / 0.02 = 450Ω 이며 개당 150Ω의 저항의 역할을 하고 있다고 이해할 수도 있겠죠. (하지만 이때 전압을 4.5v로 낮춰준다고 해서 10mA가 흐르는 것은 아닙니다. 매순간 일정한 저항값을 가지는 것은 아니라고 이해하시면 되겠습니다.)

 

◎ 다음은 병렬로 연결한 경우 입니다.

 - 각 LED에 3V가 인가되면 되기 때문에 3V를 인가합니다.
 - 각 LED에 20mA가 흐르게 되며 전체 회로에는 60mA가 흐르게 됩니다.  

위의 회로를 살펴보시면 3V 전원에 60mA가 인가되게 되고, 각 led에는 20mA가 인가되게 됩니다. 병렬 회로에서는 직렬 회로와 다르게 각 LED에 "같은 전압" 이 인가되고 각 "전류의 합" 이 전체 회로 전류가 되는 것을 알 수 있습니다.

 

2. 각 회로별 전력 비교

 

위와 같이 서로 다른 방식으로 연결된 LED지만 각 LED에 같은 전류/전압이 인가된 경우, 회로 전체에서 소비되는 전력에는 어떤 차이가 발생할까요? 상식적으로 생각하면 같은 LED를 같은 방식으로 작동시키는 경우 소모하는 전력이 같아야 할 것 같지 않으신가요? 실제로도 적용된 전압과 전류를 이용하여 P=IV 공식에 대입시키면 계산해볼 수 있습니다.

직렬의 경우 9V에 20mA가, 병렬의 경우에는 3V에 60mA가 적용되는 것을 알 수 있는데요. 우리가 예상해본 것과 같이 9*20 = 3 *60 으로 전체 회로에서는 같은 전력이 소모되는 것을 확인할 수가 있습니다.

 

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오늘은 직렬 연결과 병렬 연결에 따른 회로에서의 소모 전력의 차이에 대해서 알아보았는데요. 같은 부하를 연결하더라도 직렬로 연결하면 상대적으로 높은 전압이, 병렬로 연결하면 상대적으로 높은 전류가 필요하다는 것을 알 수 있고 실무에서는 이 특성에 맞게 회로 및 전선 스펙을 세팅하는 것이 중요하다고 볼 수 있겠네요. 

오늘도 제 포스팅을 읽어주셔서 감사합니다.