중3과학/전기저항/옴의 법칙/전기에너지/소비전력/와트

물의 높이가 높을수록 물레방아는 더 빨리 돌아간다. 이처럼 전기 회로에서는 전압이 클수록 전구의 밝기가 더 밝아진다. 이때 전선에 흐르는 전류의 세기는 어떻게 변할까?니크롬선에 걸리는 전압을 2배, 3배로 하면 니크롬선에 흐르는 전류의 세기도 2배, 3배가 된다. 이처럼 전기 회로에 걸리는 전압이 증가하면 전류의 세기는 커진다. 즉, 전류의 세기는 전압에 비례한다.

 

전류의 세기∝전압

 

이러한 관계를 옴의 법칙이라고 한다.전기 회로에서 전류의 흐름을 방해하는 정도를 전기 저항이라고 하며, 단위로는 X(옴)을 사용한다. 이때 전류의 세기, 전압, 전기 저항 사이의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.전선에 전기 저항은 왜 생길까? 여러 개의 못이 박혀 있는 빗면에 구슬이 굴러가는 모습을 생각해 보자. 구슬은 빗면을 굴러갈 때 못과 충돌하여 운동을 방해받는다. 이와 같이 전류가 흐를 때 전선 속을 자유롭게 이동할 수 있는 전자는 원자와 충돌하여 운동을 방해받는다. 따라서 전자와 원자의 충돌에 의해 전기 저항이 생기며, 전기 저항이 클수록 전류가 잘 흐르지 않는다.

전기 저항은 물질의 종류에 따라 다르다. 은과 구리 등의 도체는 전기 저항이 작아서 전류가 잘 흐르고, 유리와 고무 등의 절연체는 전기 저항이 커서 전류가 잘 흐르지 않는다. 그런데 같은 물질이라도 길이와 굵기에 따라 전기 저항이 달라진다.니크롬선이 길수록 전구의 밝기가 어두워지는 것으로 보아 니크롬선이 길수록 전기 저항이 커져 전류가 잘 흐르지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 니크롬선이 굵을수록 전구의 밝기가 밝아지는 것으로 보아 니크롬선이 굵을수록 전기 저항이 작아져 전류가 잘 흐르는 것을 알 수 있다.

이처럼 같은 물질이라도 길이와 굵기에 따라 전기 저항이 달라진다. 즉, 전기 저항의 크기는 물질의 길이에 비례하고 굵기에 반비례한다. 우리 생활에서 사용하는 컴퓨터나 텔레비전과 같은 전기 제품의 회로에는 많은 저항이 연결되어 있다.두 저항을 직렬로 연결하면 전류가 흐를 수 있는 전선이 하나이므로 각 저항에 흐르는 전류의 세기는 같고, 전체 전압은 각 저항에 걸리는 전압의 합과 같다.두 저항을 병렬로 연결하면 각 저항에 걸리 는 전압은 같고, 전류가 두 전선으로 나누어 흐르므로 전체 전류의 세기는 각 저항에 흐르는 전류의 세기의 합과 같다. 가정에서는 전기 제품이 병렬로 연결되어 있다. 따라서 전원 장치에 전기 제품이 하나씩 직접 연결된 것과 같아 전기 제품을 각각 따로 켜거나 끌 수 있다.

우리는 생활에서 전기를 이용하는 다양한 전기 제품을 사용하고 있다. 이때 전류에 의해 발생하는 전기 에너지가 전기 제품에서 다양한 형태의 에너지로 전환된다.전기 에너지는 빛, 열, 소리, 운동 등 생활에 필요한 다양한 형태의 에너지로 전환된다. 선풍기에 전기 에너지가 공급되면 전동기가 회전하면서 날개를 돌리므로 전기 에너지가 운동 에너지로 전환된다. 전기밥솥에 전기 에너지가 공급되면 제품 바닥에 있는 저항선이 가열되어 발생한 열로 음식물을 익히므로 전기 에너지가 열에너지로 전환된다.

이처럼 전기 에너지는 다양한 형태의 에너지로 전환될 수 있어 생활에서 편리하게 많이 이용되고 있다.가정에서 사용하는 전기 제품 중에는 전기 에너지를 많이 사용하는 것도 있고 적게 사용하는 것도 있다. 여러 가지 전기 제품이 사용하는 전기 에너지의 양은 같은 시간 동안 소비하는 전기 에너지의 양으로 비교할 수 있다.

전기 제품이 1초 동안 소비하는 전기 에너지의 양을 소비전력이라고 하며소비 전력을 나타내는 단위로는 일률의 단위와 같은W(와트)를 사용하며, 1 W는 1초 동안 1 J의 전기 에너지를 소비할 때의 전력이다.전기 에너지를 효율적으로 사용하는 전기 제품을 어떻게 알 수 있을까? 전기 제품에는 전기 에너지의 효율적 사용을 위해 에너지소비효율등급 라벨이 붙어 있다. 에너지소비효율등급은 전기 에너지가 유용한 에너지로 전환되는 정도에 따라 1등급에서부터 5등급까지 나누어지며, 1등급인 전기 제품의 에너지 효율이 높다. 따라서 에너지소비효율등급을 고려하여 전기 제품을 선택해야 한다.

참고!!

가변 저항기는 전기 회로에 연결된 저항의 길이를 변화시키는 방법으로 전기 회로에 흐르는 전류의 세기를 조절하는 전기 부품이다. 가변 저항기는 음량조절하는 오디오, 바람의 세기를 조절하는 선풍기 등에 이용된다.