옴의 법칙 V=IR: 전압·전류·저항과 그래프 기울기

전압은 에너지 차이, 전류는 전하의 흐름입니다

전압은 단위 전하당 전기적 에너지 차이이며 1 V는 1 J/C입니다. 전류는 단위 시간에 단면을 통과하는 전하량이며 1 A는 1 C/s입니다. 전압이 에너지를 전달할 조건을 나타낸다면 전류는 실제 전하 이동의 양을 나타냅니다.

이상적인 저항에서는 V = IR이고 이를 I = V/R로 바꿀 수 있습니다. 전압을 두 배로 만들면 같은 저항에서 전류도 두 배입니다. 저항을 두 배로 바꾸면 같은 전압에서 전류는 절반이 됩니다. 각 비교에서 무엇을 고정하는지가 핵심입니다.

가로축이 전압 V이고 세로축이 전류 I이면 그래프는 I = (1/R)V이므로 기울기는 1/R입니다. 저항이 클수록 선이 완만합니다. 가로축이 전류이고 세로축이 전압이면 V = RI이므로 기울기는 R이고 저항이 클수록 가파릅니다.

그래프가 직선인지 확인하려면 한 점의 V/I만 구하지 말고 여러 전압에서 측정해야 합니다. 일정한 오프셋이나 측정 오차가 있는 경우에는 원점을 지나는지, 비례 관계에서 얼마나 벗어나는지도 함께 살펴봅니다.

전류계는 측정하려는 저항과 직렬로 연결하고 전압계는 저항 양끝에 병렬로 연결합니다. 이상적인 전류계의 저항은 0에 가깝고 전압계의 저항은 매우 커서 회로에 주는 영향을 줄입니다. 실험에서는 회로를 완성하고 스위치를 닫은 뒤 값을 기록합니다.

옴의 법칙은 모든 전자 부품의 보편적인 직선 법칙이 아닙니다. 다이오드, 온도가 변하는 전구, 비옴성 소자는 전압과 전류가 단순 비례하지 않을 수 있습니다. 실험의 저항은 온도 변화와 전원·계기의 내부 저항을 생략합니다.

V = IR · I = V/R · P = VI

I = 6/10 = 0.6 A이고 P = 6 × 0.6 = 3.6 W입니다. 저항을 20 Ω으로 바꾸면 같은 6 V에서 전류는 0.3 A입니다. 가로축이 전압인 그래프의 기울기도 절반으로 줄어듭니다.

10 Ω과 20 Ω에서 전압을 단계적으로 바꾸어 측정하고 전압–전류 그래프를 비교하세요.

전체 저항을 구한 뒤 전원 전압으로 전체 전류를 예측해 보세요.