[Chapter-1] 전압

설계경력 20년의 KlayLee입니다. 회로설계 입문자를 위해 회로설계자들이 알아야 할 기본적인 회로기초 이론을 정리해 보겠습니다. 이번장에서는 전압에 관해서 이야기하도록 하겠습니다.

1. 전압이란?

• 전압이란 전기장 안에서 전하가 갖는 전위의 차를 말합니다.  전압 = 전위차라고도 합니다.
• 전압은 한자로 표현하면 電(번개 전), 壓(누를 압)입니다. 즉 전기적 압력입니다. 다시 말해 전기가 흐를 수 있는 압력 즉 전기적인 위치에너지를 가졌다는 의미입니다
• 영어로 표현하면 electric pressure입니다.
• 단위는 [V] 볼트 입니다.
• 위의 그림에 대해서 설명을 드리면 물탱크가 있습니다. 이 물탱크에는 물(전자)이 가득 차 있습니다. 수도꼭지(저항)를 열기 전에는 물이 흐르진 않지만 물탱크 안에 가득찬 물(전자)로 인해 수압(전압)이 발생합니다. 수도꼭지(저항)를 조금 열면 물(전자)이 조금 나오고(전류) 수도꼭지(저항)를 많이 열게 되면 많은 물이 나오게(전류) 됩니다. 즉 수도꼭지(저항)로 물이 나오는 양을 조절할 수 있습니다. 물탱크 안에 물이 모두 다 나가게 되면 수압(전압)은 0이됩니다.  이해가 되시나요?  전압이란 전기가 흐를 수 있는 압력을 가졌다는 의미이고 저항이라는 경로를 통해 전위차가 발생한다면 전기가 흐른다는 의미로 해석할 수 있습니다.

2. 실생활에서 사용되는 전압

• 우리는 보통 가전에서 사용되는 전압은 220V 입니다. 이건 교류전압인데 교류와 직류는 추후 포스팅에서 다루도록 하겠습니다. 220V의 전위차 즉 전압을 가지고 있다는 의미입니다. 기본적으로 가정에 공급되는 가정용 전압은 220V이기 때문에 모든 전자제품들이 220V전압을 기준으로 설계가 됩니다.
• 상업용 전기는 또 다릅니다. 더 큰 에너지가 필요하기 때문에 220V로 부족해서 380V를 사용하게 됩니다. 즉 상업용 장비를 구동하기 위해서는 더 큰 전압이 필요하다는 의미입니다.
• 핸드폰 충전기는 직류전압 5V를 사용하고 자동차 전장부품에 사용하는 전압은 12V, 트럭의 경우는 24V를 사용합니다. 디지털 도어락의 경우 6V를 사용하고 어떤 제품은 12V를 사용하기도 하며 시계의 전지의 경우에는 1.5V를 사용합니다. 정리하자면 사용하려고 하는 제품의 용도에 따라 필요한 전압이 결정됩니다. 다시말해 큰 힘(전류)이 필요한 제품의 경우 높은 전압을 사용하고 반대로 적은 힘이 필요한 제품에는 낮은 전압을 사용합니다.
• 국가별로 사용하는 전압도 다릅니다. 대한민국은 220V, 미국은 120V, 일본은 100V, 서유럽은 220V를 사용하고 있습니다.  대한민국은 전부 60Hz를 사용하고 있지만 일본의 경우 동일본은 100V 50Hz, 서일본은 100V 60Hz입니다. 해외여행갈때 변환 플러그를 꼭 챙기셔야겠죠?
• 대한민국은 원래 110V를 사용하다가 30여년에 걸쳐 220V로 승압하였습니다. 자세한 내용이 궁금하신 분들은 한국전기연구원 블로그의 포스팅에서 확인하실 수 있습니다.

3. 전압 공식

• 전압은 일정한 전기장에서 단위 전하를 한 지점에서 다른 지점으로 이동시키는데 필요한 에너지로 정의됩니다.
• 이 두 지점 사이의 위치에너지의 차이와 같습니다.
• V = J(줄, 일의 단위) / C(쿨룽, 전하량의 단위)