1 정의
Electric Current
電流
전하의 흐름. 단위시간동안 흐른 전하의 양.
진공중에서 1미터 떨어진 이상적인 두 직선 도선에 흐르는 같은 크기의 전류가 도선 1미터당 2*10-7 N의 인/척력을 발생하게 할 때 그 전류의 크기를 1A로 정의한다. A(암페어)는 SI 기본 단위로, 프랑스의 물리학자 앙드레마리 앙페르의 이름을 딴 단위이다. 또한 1A는 매초 1C(쿨롱, 전하의 단위)의 전하가 이동할 때의 전류의 세기이다.
전자/전기공학도라면 정말 질리게 보게되는 I의 주인. 교류는 소문자로 쓰기 때문에 회로에 허수가 나오면 i대신 j를 허수에 붙이게 된다.
덧붙여 전자/전기공학도 1, 2학년이 본격적으로 힘들게 하는 주범이다.
2 전자와 전류
초,중,고등학교에서 전기파트를 배울 때 도선에서 전류의 방향이 전자의 이동 방향과 반대인 게 신기하게 느껴졌을 텐데, 이것은 별 건 아니고 금속에서 전자가 전류를 흐르게 한다는 사실이 전류를 정의한 것보다 훨씬 뒤에 발견되었기 때문이다. 원래 전기는 양극에서 음극으로 (+에서 -로) 흐른다고 정의했으나, 후에 전자가 -에서 +로 이동한다는게 밝혀져 방향이 반대가 되었다. 몇몇 학생들은 과학자들이 멍청한 자신을 엿먹이려 반대로 정했다고 외운다
P형 반도체에선 본래 있던 전자가 이동해 버리면 그 구멍을 채우기 위해 옆에있던 전자가 그 자리를 채우고.. 해서 전체적으로 보았을 때 양공[1]이 전류를 흐르게 하는 것 처럼 보인다.
위의 말을 간단히 설명하자면 공이 한줄로 가득찬 관을 생각해 보자, 왼쪽에서 공을 하나 더 밀어넣으면 동시에 반대편에서 공이 나올 것이다.
이러한 과정들이 연쇄적으로 이루어 지기 때문에 우리는 스위치를 켜자마자 전기를 사용할 수 있는것이다. 만일 전자가 전원으로부터 직접 움직여서 전기가 통하는 식이라면 우리는 스위치 넣고도 발전소에서 집까지 전기가 오는데 한참 기다려야 한다. 실제로 전자가 도선을 따라 움직이는 평균속도는 그렇게 빠르지 않다. 지름 1mm인 구리도선에 3A의 전류가 흐른다면 전자의 평균 속도는 고작 0.28mm/s 이다. 그런데도 에너지가 순식간에 전달되는 이유는 전기장이 생기기 때문이다.[2]
전류밀도라는 값도 있는데, 말 그대로 전류의 밀도다. 전류 I를 단면적 A로 나눈 값이다.
3 교류(AC)와 직류(DC)
직류(DC)는 시간에 따라 크기와 방향이 변하지 않는 일반적인 전기다. 건전지나 배터리를 생각하면 쉽다. 보통 계산기만 조금 두들기면 돼서 계산하기가 간편하다. 다만 복잡한 회로에서 극성을 묻는 문제가 나오면 망했어요. 그리고 전압 조정이 어려워서 전력전자공학의 발달 전까지는 대규모 전송이 힘들었다.
교류(AC)는 주기적으로 크기와 방향이 계속 바뀌는 전류로 전자/전기공학도들을 힘들게 하는 주범이 된다.[3] 우월한 니콜라 테슬라 옹이 대부분 고안했다. 발전, 송전, 배전, 변전이 쉽기 때문에 대부분의 국가는 교류를 사용하며, 이 때문에 직류를 쓰는 가전제품에서 어댑터로 교류에서 직류로 바꿔주어야 한다. 수치계산 시 기하평균을 내서 실효값(저항에 동일하게 평균전력을 공급하는 직류전류의 값)으로 바꾼 후 계산을 해야하기 때문에 계산이 복잡해지는 데 한 몫 하게 된다. 거기다가 축전기나 코일은 교류전류에서 마치 저항처럼 작용하는데, 이것들에 걸리는 전압과 전류의 위상이 일치하지 않고, 주파수에 따라서도 그 값이 달라지기 때문에 얘까지 계산에 끼어들게 되면 망했어요. 삼각함수에 복소수까지 껴든다.
실습 시에 교류를 직류로 바꿔줘야 하는 경우가 생기면 지저스. 아예 제품을 만들어 오는 실습이면 그냥 칩이나 디지털회로 부품을 가져다 끼면 되지만 아날로그 회로를 만들어야 하거나 개념적 회로를 만들게 되면 다이오드에 트랜스포머에 온갖 생쇼를 다 하게된다.
4 감전
감전으로 인해 사람이 사망하는 이유는 전압이 아닌 전류라고들 하는데 엄밀히 말하자면 뚱딴지 같은 소리다. 옴의 법칙에 의해 전류는 반드시 전압이 있어야만[4] 흐른다. 사람이 죽을 정도의 전류가 흐르기 위해서는 일단 인체의 저항을 이길 수 있는 수준의 전압이 필요하다. 어떤 도선에 전류가 수백A씩 흐르고 있더라도 전압이 20V 내외로 매우 낮은 전압이라면 맨손으로 선을 만져도 감전 당하지 않는다. 즉, 어차피 신체에 치사전류가 흐르기 위해서는 그만큼 높은 전압에 접촉해야 하므로 전류를 조심하란 말은 어불성설이다.
마찬가지로 정전기라 하더라도 전압이 매우 높기 때문에 사람 손에 닿는 순간 아주 짧은 시간 동안은 치사량을 한참 넘는 전류가 몸에 흐를 수도 있다. 25000V 전차선에 손이 닿으면 어떤 꼴이 나는지 알고 있지 않은가? 비슷한 전압인 정전기라고 해서 물리법칙이 다르게 적용되는게 아니다. 하지만 신체에 별다른 타격이 없는 이유는 전하량이 너무 작아서 신체가 데미지를 입기도 전에 전압이 방전되어 치명적인 수준으로 전류가 올라가지 못하거나 유지되지 않기 때문이다. 따끔따끔하게 통증이 나는 것은 이렇게 짧은 순간동안 흐르는 방전 전류 때문인데 이정도 통증을 잠깐이 아니라 연속적으로 먹으면 어떻게 될지 생각해보라.
인체에 치명적인 전류의 양은 생각보다 극히 낮다. 참고로 1mA는 10^-3 A, 즉 0.001A. 가정용 전기제품이 mA가 아닌 그냥 A를 쓴다는 걸 기억해라.
| 전류 | 인체의 반응 |
| 0.67 mA | 성인여자가 전류가 흐르는 것을 느낄 수 있다. |
| 1 mA | 성인남자가 전류가 흐르는 것을 느낄 수 있다. |
| 5 mA | 평균적인 여성이 참기 힘든 고통을 느낀다. |
| 8 mA | 평균적인 남성이 참기 힘든 고통을 느낀다. |
| 10 mA | 통증을 |
| 20 mA | 근육의 수축이 심해 |
| 50 mA | 상당히 위험하다. (순간치사가능성) |
| 100 mA | 치명적. (심실세동전류) |
심실세동전류 시 심장의 전류가 교란되어 심장마비나 심실세동이 일어난다. 그보다 적은 양이라고 안심할 수 없는 게 전류가 어떻게 흐르냐에 따라 위험도가 다르기 때문. 왼손을 타고 흐르는 전기는 심장을 다이렉트로 직격할 수 있기 때문에 꽤 위험하다.