물리나 과학의 기본 상식 중에 하나인 전류! 이 번 글에서는 이 전류에 대해 정말 쉽게 이해할 수 있도록 자세히 설명하도록 하겠습니다.
전류란?
전류(Current)는 + 또는 - 전하(Charge)를 운반하거나 전하 자체를 가지고 있는 전자(Electorn)나 정공(Hole), 이온(Ion)이 운동하면서 발생하는 물리적 현상으로 단위는 A(Ampere: 암페어)입니다.
암페어는 단위 시간당 운반되는 전하의 양으로 전류의 세기를 나타내며 1 암페어의 전류는 1초에 1쿨롱(Coulomb)의 전하량을 운반하는 전류입니다. 일반적으로 전류를 표시하는 기호로는 알파벳 I를 많이 사용합니다.
같은 전하 사이의 척력이나 다른 전하 사이의 인력 그 외의 다양한 힘들이 전하가 이동하도록 작용하면서 발생하는 전류는현대 문명에서 사용하고 있는 거의 모든 장치들에 적용되고 있습니다.
다양한 전기 회로에서 전류는 전기 에너지를 전달하여 설계된 기능들이 작동하도록 하는 매우 중요한 동력원인 것입니다.
전류의 특성
전류는 양 단에 전압(Voltage) 차이가 존재할 때만 흐를 수 있는데 +에서 - 방향으로 흐르게 됩니다.
전류가 흐르는 모든 경로에는 흐름을 방해하는 저항(Resistance)이 존재하여 전압과 전류가 감소합니다. 이때 전류와 저항, 전압과의 관계는 오옴의 법칙(Ohm'slaw)에 의해 정의되며 I = V / R로 나타낼 수 있습니다. 여기서 I는 전류, V는 전압 그리고 R은 저항을 의미합니다.
전자는 - 전하를 띠므로 반대 방향인 -에서 +로 흐르게 됩니다.
전류가 흐를 때 주변에 자기장이 만들어집니다.
오른손으로 전류가 흐르는 전선을 주먹을 쥐듯이 잡되 엄지 손가락이 전류의 방향이 되도록 잡습니다. 이때 나머지 4개의 손가락들이 가리키는 방향이 자기장의 방향이 됩니다.
자기장의 방향은 오른손 법칙(Right Hand Rule)을 이용하여 쉽게 확인할 수 있습니다.
전류의 종류
직류 (Direct Current: DC)
전류의 방향과 세기가 일정한 전류를 직류 또는 영어 약자로 DC라고 부릅니다. 전압과 전류를 정밀하게 제어할 수 있기 때문에 대부분의 전기/전자 장치 내부에 만들어진 회로 기판이나소형 전자 기기,배터리에 직류가 많이 사용됩니다.
교류 (Alternating Current: AC)
교류는 전류가 흐르는 방향과 세기가 주기적으로 변하는 전류로 줄여서 AC라고 부릅니다.
전자는 시간에 따라 일정한 진폭과 진동수로 사인 곡선(Sine Curve)과 같이 진동하게 됩니다. 교류는 전류 방향이 주기적으로 변화하므로 직류보다 전력 손실이 적고변압기를 통한 제어가 쉽기 때문에주로전력 공급망에 사용됩니다.
물질의 전류 특성
모든 물질은 전류가 흐를 수 있는지에 따라 세 가지로 나누어 볼 수 있습니다.
도체 (Conductor)
도체는 물질의 전도대(Conduction Band)에 자유 전자들이 있어 전하의 전달이 쉽게 일어나고 전류가 매우 잘 흐르는 특성을 가지고 있습니다.
철, 구리, 알루미늄과 같은 금속이 대표적인 도체이며 전기적인 연결 재료로 많이 사용됩니다.
부도체 (Insulator)
부도체는물질의전도대(Conduction Band)에 자유 전자들이 존재하지 않아 전하의 전달이 어려워지므로 전류가 흐르지 않는 물질입니다. 유리, 플라스틱과 같은 대부분의 비금속 물질이 부도체이며 주로 전기적으로 절연하는 재료로 사용됩니다.
반도체 (Semiconductor)
반도체는 절대 0도(섭씨 - 273도)에서 부도체 특성을 갖지만 상온에서는 원자가 전자대(Valence Band)의 전자가 열에너지에 의해 전도대(Conduction Band)로 이동하면서 자유 전자와 자유 정공(Hole) 생성되고 전류가 흐르는 도체의 특성을 갖게 됩니다.
반도체라는 이름은 바로 이 현상 때문에 붙여진 것입니다.
대표적인 반도체 물질에는 실리콘(Silicon)이 있으며 미세구조와 불순물, 첨단 공정을 이용하여 다양한 전기적 특성을 갖는 마이크로 소자를 만들 수 있습니다.
각종 메모리, 로직, CPU(Central Processing Unit), CIS(Cmos Image Sensor)와 같은 최첨단 소자에 적용되고 있는 것입니다.
