옴의 법칙 이해하기
또한 옴의 법칙 예제 문제 와 옴의 법칙 문제에 대한 해설 자료도 공부하세요 .
거의 모든 금속 도체에서, 전기장 sebanding dengan 전류 밀도여기서 전기장과 전류 밀도의 비율은 일정합니다. 수학적으로는 다음 방정식으로 표현됩니다.
ρ = E / J
설명: E = 전기장, ρ = 비저항, J = 전류 밀도.
비례 상수 ρ는 비저항 또는 비저항 이라고 하며 , 그 값은 일정하며 전류를 생성하는 전기장에 의존하지 않습니다.
전기장이 증가하면 전류 밀도도 증가하고, 반대로 전기장이 감소하면 전류 밀도도 감소하므로 전기장과 전류 밀도의 비율은 일정하게 유지됩니다. 이것이 옴의 법칙 입니다 . 따라서 위의 식은 ρ가 일정하고 전기장에 무관할 때만 옴의 법칙을 설명합니다. 전기장이 변함에 따라 ρ의 값도 변하는 경우에는 옴의 법칙이 적용되지 않습니다.
하지만 전기장(E)보다 전위(V)를 측정하는 것이 쉽고, 전류 밀도(J)보다 전류(I)를 측정하는 것이 더 쉽습니다. 따라서 옴의 법칙은 전기장 , 전류 밀도 , 비저항 (ρ) 외에도 전위 , 전류 , 전기 저항 (R) 으로도 표현됩니다.
먼저, 길이(l), 단면적(A)을 가진 도선을 생각해 봅시다. 이 도선의 양 끝 사이에는 전위차(V)가 존재합니다. 전기장이 균일하다면, 즉 도선 전체에 걸쳐 동일하다면, 전기장과 전위차 사이의 관계는 V = E s라는 식으로 표현됩니다( 이 식은 전위 관련 내용 에서 다루었습니다 ). 전류 밀도가 균일하다면, 즉 도선 전체에 걸쳐 동일하다면, 전류 밀도와 전류 사이의 관계는 I = JA라는 식으로 표현됩니다( 이 식은 전류 관련 내용 에서 다루었습니다 ).
전위 (V), 전류 (I) 및 전기 저항 (R) 사이의 관계를 나타내는 방정식을 얻으려면 저항 방정식의 E와 J를 전위 방정식의 E와 전류 방정식의 J로 대체합니다.
이 방정식은 도체에서 전위차(V), 전류(I) 및 전기 저항(R) 사이의 관계를 설명합니다. 이 방정식에 따르면 도체의 전기 저항은 전위차와 도체를 흐르는 전류의 비율이라고 할 수 있습니다.
옴의 법칙은 전위차와 전류의 비율이 일정하다는 것을 나타냅니다. 다시 말해, 이 방정식은 전기 저항(R)이 일정할 때만 옴의 법칙을 설명합니다. 전기 저항이 일정하지 않고 변하는 경우에는 옴의 법칙이 적용되지 않습니다.
위 방정식의 유도 과정에서 도체의 전기 저항(R)은 비저항(ρ), 도체의 길이(l), 도체의 단면적(A)과도 관련이 있습니다. 수학적으로는 다음 방정식으로 표현됩니다.
이 방정식은 전기 저항 에 관한 글에서 더 자세히 설명되어 있습니다.
옴의 법칙 공식
옴의 법칙은 ρ = E/J와 R = V/I라는 두 가지 방정식으로 설명됩니다. 여기서 중요한 점은 이 두 방정식이 ρ와 R이 일정할 때만 옴의 법칙을 나타낸다는 것입니다. 도체의 ρ와 R이 변하면 이 두 방정식으로는 옴의 법칙을 설명할 수 없지만, ρ = E/J는 도체의 비저항을 , R = V/I는 도체의 전기저항을 나타냅니다.
방정식 ρ = E/J는 E = ρ J로 나타낼 수 있습니다. ρ가 상수일 때 E는 J에 정비례합니다. 즉, E가 증가하면 J도 증가하고, E가 감소하면 J도 감소합니다.
마찬가지로, 방정식 R = V/I는 V = I R로 쓸 수 있습니다. R이 상수일 때, V는 I에 정비례합니다. 즉, V가 증가하면 I도 증가하고, V가 감소하면 I도 감소합니다.
옴의 법칙을 따르는 물질을 옴성 물질이라고 하고, 옴의 법칙을 따르지 않는 물질을 비옴성 물질이라고 합니다. 거의 모든 금속 도체는 옴성 물질이지만, 다른 많은 물질들은 비옴성 물질입니다.
비옴성 물질에서 전기 저항은 일정하지 않고 전류와 전위차에 따라 변합니다. 즉, 전류가 변하면 물질의 저항도 변하고, 마찬가지로 전압이 변하면 물질의 저항도 변합니다. 전기 저항이 변하기 때문에 비옴성 물질에서는 전압(V)이 전류(I)에 직접 비례하지 않습니다.
V, I 및 R 그래프
옴 법칙을 따르는 물질에서는 전압(V)과 전류(I)의 비율이 일정하며 직선으로 나타낼 수 있습니다. 금속 도체가 옴 법칙을 따르는 물질의 예입니다. 반면, 옴 법칙을 따르지 않는 물질에서는 전압(V)과 전류(I)의 비율이 일정하지 않으며 곡선으로 나타낼 수 있습니다. 반도체 다이오드와 트랜지스터가 옴 법칙을 따르지 않는 물질의 예입니다.
옴의 법칙은 옴의 성질을 갖는 물질에만 적용되고 모든 물질에 적용되는 것은 아니므로, 뉴턴의 법칙이나 다른 물리 법칙처럼 '법칙'이라고 부르는 것은 옳지 않습니다. 물리 법칙은 실제로 모든 물체에 적용되는 것이지 특정 물체에만 적용되는 것이 아닙니다. 하지만 옴의 법칙은 흔히 사용되기 때문에 여전히 옴의 법칙이라고 불리기도 합니다. 다만 옴의 법칙이 옴의 성질을 갖는 물질에만 적용된다는 점을 기억해야 합니다. 옴의 법칙 외에도 이상 기체 법칙이나 훅의 법칙에 대한 오해도 흔히 나타납니다.
