교류 vs 직류 개념잡기

지금까지는 직류에 대하여 저항의 직렬, 병렬 연결 및 회로 구성을 알아보았습니다

교류는 직류보다 조금 더 복잡한 개념을 가집니다

직류와 비교하면서 차근 차근 살펴보겠습니다

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일단 그림의 빨간 점들은 전기 도선 안의 전자들을 표시한 것입니다

사실 구리원자에는 전자들이 수십개씩 있습니다.. 이 중 몇 개가 각 원자의 전자궤도의 최 외곽에서 열(?) 에너지를 받아
자유전자로 풀려 구리선 안을 돌아다닐 수 있게 됩니다.
이러한 자유전자를 빨간 점으로 표시한 것이며, 구리원자에 잡혀있는 원자들은 전기적인 역할이 없고, 자유전자들만이 전류를 움직이는데 기여합니다

도선 안에는 실온에서 전자들이 수없이 많습니다 (원자들이 +라고 할 때 전자들은 -로 둘을 합하면 0으로 중성인 상태이며 온도가 떨어질수록 전자들의 숫자는 줄어듭니다)
전자들은 (+)극이 오른쪽이면 오른쪽으로, (+)극이 왼쪽이면 왼쪽으로 움직입니다

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참고 : 어느 쪽으로 전자들이 움직이든 도선을 이루고 있는 원자들과 부딪히면서(도선도 약간의 저항성분이 있습니다) 열을 내게 됩니다

그래서 도선은 되도록이면 저항이 적은 재료(구리)를 찾아 이용하게 됩니다

열을 많이 내는 저항이 높은 재료들의 경우 선을 구불구불 구부려 박스에 넣어 히터로 사용하면 됩니다

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(+)극이 어느 한 쪽으로 고정되어 있는 경우에는 그 방향으로만 전자가 움직이게 됩니다

이것을 직류라고 부릅니다 (위 그림의 주황색 화살표)

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하지만 (+)극이 오른쪽이었다가 왼쪽이었다가 반복해 바뀌는 경우가 있습니다

(-)극은 자동으로 반대편이 되는데, 이 때 전자는 (+)극 방향을 따라 오른쪽, 왼쪽으로의 이동을 반복합니다

시간에 따라 극이 바뀌고, 전자의 흐름도 바뀌는 것인데 이를 교류라고 부릅니다 (위 그림의 파란색 화살표)

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한편, 아래와 같이 전류가 흐를 때 도선의 중간에 저항을 두면 저항은 일을 하게 됩니다
전류가 왼쪽으로 흐르나 오른쪽으로 흐르나 자유전자의 충돌에 의해 열이 발생하게 됩니다

저항의 형태는 전구, 모터, 히터 등등이 모두 가능하며
전구를 통과하면 빛과 열을 내고, 모터를 통과하면 회전력을 내며, 히터를 통과하면 열을 냅니다
참고 : 일을 하는 저항은 부하(load)라고 부르며, 부하가 과하면 과부하, 부하가 없으면 무부하라고 부릅니다​

 

다음은 직류 및 교류 전원의 심볼 및 부하(L)에 직류와 교류를 인가한 그림입니다

차례대로, 직류전원, 교류전원, 로드에 직류 및 교류 전원이 인가된 상태

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직류(direct current, DC)와 교류(alternating current, AC)를 합쳐 전류라고 부르며,

이들의 특성에 대하여 비교해 보겠습니다

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1) DC는 한 방향으로만 흐르고 부하(저항)에도 전원과 같은 극성이 인가된다

반면에, AC는 전원이 +-로 교차하는 것처럼 부하에도 똑같이 +-로 교차되어 전력이 공급된다 (위 그림 참조)

한국의 경우 60Hz의 AC전기를 사용하므로 1초에 60번의 정현파(sine wave) 사이클이 교차한다

이것은 뒤에 자세히 다룰 예정입니다

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2) DC는 단방향 극성이므로 건전지 등이 일정한 방향으로만 끼워져야 하고,

AC는 양방향 극성이므로 전원을 넣을 때 플러그를 바로 끼우나 뒤집어 끼우나 마찬가지로 전력이 공급된다

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3) DC는 발전소에서 수용가까지 전력이 전달될 때 거리가 멀기에 전압이 충분히 유지되기 어렵지만

AC는 전력이 전달될 때 중간 중간에 승압이 가능하므로 전압손실이 적다

이것은 뒤에 교류의 특징 + 변압기 구조를 알게 되면 이해할 수 있습니다

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4) DC는 모터를 돌릴 때 모터 구조가 쉽게 마모되는 구조이므로 수리가 자주 필요하게 되지만

AC는 마모되는 모터구조가 아니므로 수리를 자주 요하지 않는다

이것은 전동기를 공부하면 알게 됩니다​

 

참고로, DC 전력체계는 에디슨이 제안했고 AC전력체계는 테슬라가 제안하였는데 테슬라의 승리로 끝났습니다