고등학교 전기회로

1. 고등학교전기회로 Ⅱ. 직류회로1. 전기회로의 해석 담당교사 : 조찬호 예산전자공업고등학교 컴퓨터전자과

2. 1. 전기 회로 1. 전기회로의 해석 < 학 습 목 표 > ▶ 전기회로의 구성을 이해하고 설명할 수 있다. ▶ 전압과 전류의 측정법을 안다.

3. 꼬마전구(부하) 스위치 도선 전선 직류전원(건전지) 전 지 - + 전 원 -> 부 하 -> 전선, 스위치 … (1) 전기 회로의 구성 전기 회로 -> 전류가 흐르는 통로 전기의 공급원 전원으로부터 전류를 공급받는 있는 것

4. - - - - - - 전 지 - + - - - - - - - - - - - (2) 전기 회로의 전류 전자의 이동방향 전류의 방향 ● 전선 중의 자유전자(-)는 양극으로 끌려간다. ● 전지의 음극으로부터 전자가 계속해서 공급된다. ● 이러한 전자의 흐름을 전류라고 한다. ● 전류는 높은 (+)극에서 낮은(-)극으로 흐른다. ● 전류의 단위는 암페어[A] 이다. ● 전류의 세기는 단위 시간당 통과한 전하량으로 표시.

5. 물통 A 전자의 이동방향 A 수 위 수 위 차 전류의 방향 파 이 프 물 흐 름 전 위 차 V 물통B B 수 위 - - - - - 전 지 - + - - - - - - - - - - 스위치 (2) 전기 회로의 전압 ※ 전압 -> 전기적인 압력(=전위차) 전류를 계속 흐르게 하는 원동력 ※ 전원 -> 전압을 발생시키는 능력을 가지고 있는 것 ※ 전압의 단위 -> 볼트 [V] ※ 기전력 -> 전압을 연속적으로 만들어 주는 힘 ※ 전원으로부터 전하량 Q[C]를 이동시키는데 W[J]의 에너지를 소비했을 때 전압 ->

6. 회로시험기 + - + 회로시험기 A - + 전류계 - + DCV DCA 직류 전원 장치 - 저항(R) + 전압계 V A - + V Ω - GND - + 회로도 실체도 ① 직류 전압과 전류의 측정 전압계 : 측정하고자 하는 부하 또는 전원과 병렬 연결 전류계 : 측정하고자 하는 부하 또는 전원과 직렬 연결 직류 전압, 전류 측정시 극성에 주의할 것

7. 형 성 평 가 1. 전기회로의 전원으로부터 전류를 공급받는 부분은? 부하 2. 전류의 단위는? 암페어 [A] 3. 전압의 단위는? 볼트 [V] 4. 전압을 측정할 때 전압계와 부하와의 연결 방법은? 병렬로 연결 5. 전류를 측정할 때 전류계와 부하와의 연결 방법은? 직렬로 연결

8. 형 성 평 가 6. 어떤 도체에 10[sec]동안에 50[C]의 전기량이 통과 하면 이 때 흐르는 전류는 몇 [A]인가? 5[A] 7. 어떤 도체에 1[A]의 전류가 5분간 흘렀다. 이 때 도체를 통과한 전기량은 몇 [C]인가? 300[C] 8. 100[V]의 기전력으로 2[C]의 전기량이 이동할 때 몇 [J]의 일을 하는가? 200 [J]

9. RV Rm V + - 배율기 V R mV Vo SW ② 배율기와 분류기의 사용 배 율 기 : 전압계의 측정 범위를 넓히기 위해 전압계에 직렬로 접속하는 저항기

10. RS 분류기 IS R A + - IA IO RA Vo SW 분 류 기 : 전류계의 측정 범위를 넓히기 위해 전류계에 병렬로 접속하는 저항기

11. 2. 옴의 법칙과 전압강하 < 학 습 목 표 > ▶ 옴의 법칙을 이해하고 설명 할 수 있다. ▶ 전압강하를 이해하고 설명 할 수 있다.

12. V= V R V I V I R I= R= I R 1. 옴의 법칙 어떤 저항에 전압을 가했을 때 전류의 크기는 전압에 비례하고저항에 반비례하는 현상

13. I[A] I=1[A] 3[V] 3[V] 이 지점의 전위는? =V[V] R1에 의한 전압강하의 크기는?=IR1=1×2=2[V] 2[Ω] R1에 의한 전압강하 의 크기는?=IR1[V] R1 1[V] V= 3[V] 이 지점의 전위는? =V-IR1[V] V[V] 0[V] 1[Ω] R2에 의한 전압강하의 크기는?=IR2=1×1=1[V] R2에 의한 전압강하 의 크기는?=IR2[V] R2 0[V] 이 지점의 전위는? =V-IR1 - IR2 =0[V] I=1[A] I[A] 2. 전압강하 전압에 의하여 전류가 흐르게 되면 저항에 의하여 전압이 떨어지는 현상

14. 3. 저항의 접속 < 학 습 목 표 > ▶ 직렬접속 저항의 합성저항을 구할 수 있다. ▶ 병렬접속 저항의 합성저항을 구할 수 있다. ▶ 분압, 분류 특성을 이해하고 설명 할 수 있다.

15. R1 R2 R3 R 저항R1, R2, R3의직렬연결 합성저항(등가저항)R=R1+R2+R3 1. 직렬접속 직렬 연결된 저항들의 합성(등가) 저항 ▶ 각각의 저항값을 모두 더하면 된다. =

16. I R1 V1 V[V] R2 V2 I 직렬 저항 회로의 전압 분배(전압강하) ▶각 저항값에 비례하여 분배된다. I 3[㏀] V1 V=10[V] 2[㏀] V2 I

17. I R1 V1=IR1 V[V] R2 V2=IR2 R3 V3=IR3 I I 3[Ω] V1=2×3=6[V] 2 [Ω] V=12[V] V2=2 × 2=4[V] 1 [Ω] V3=2 × 1=2[V] I

18. R1 R1 R R R2 R2 R3 2. 병렬접속 병렬 연결된 저항들의 합성 (등가)저항 ▶각각의 저항값의 역수를 더하여 그 값을 다시 역수를 취한다. = =

19. I I I1 I2 I1 I2 12 [V] 12 [V] V[V] R1 R2 12[V] 2[Ω] 4[Ω] V[V] V[V] I I 병렬저항 회로의 전류 분류는? 가. 각 저항의 양끝 전압이 같다. 나. 전류분류 법칙을 이용한다(저항값에 반비례함).

20. I 6[A] I1 I2 I1 I2 R1 R2 2[Ω] 4[Ω] V[V] V[V] I 6[A]

21. R’ R1 R2 R3 R3 R2 R1 R1 R3 3. 직,병렬접속 = = R’

22. R R R R R1 R2 R1 R1 R5 R3 R5 R’ R’’ R4 R’ R’’ = R’

23. 4. 전위의 평형 < 학 습 목 표 > ▶ 전기회로 두점 사이의 전위차를 설명할 수 있다. ▶ 키르히호프의 법칙을 이해하고 설명할 수 있다.

24. 1. 전위의 평형 접지 : 임의 점의 전위를 대지전위(0V)와 같게 하는 것 전위 : 어느 한 점에서의 전기적인 압력(전압) 전위차 : 두 지점의 전위의 차 기전력 : 계속적으로 전기적인 압력을 발생시키는 힘 전압강하 : 저항에 의해 전압이 떨어지는 전압(=부하 전압) 전위차의 기호표시와 계산법 : Vba (a점에 대한 b점의 전위:a점과 b점의 전위차) =Vb(비교)-Va(기준)

25. 4.5V 3.0V 3.0V 1.5V + + + + + + 1.5V - 1.5V - 1.5V - 1.5V - 1.5V - 1.5V - 8 7 2 5 4 3 1 6 1.5V 0V -1.5V 0V V21 =V2-V1=1.5-0=1.5[V] V17= V16= V27= V18= V25= V46= V85= V57= V38= V84= V53= V81=

26. G c X? P I1 I1 a b I2 I2 SW2 I I R Q d 2. 휘스톤브리지 ■ 전위 평형의 원리를 이용하여 미지의 저항값을 측정하는 계기. ○ 전위가 평형되기 위해서는 SW1과 SW2를 닫았을 때 c점과 d점의 전위가 같아야 하고, 검류계(G)의 지침은 “0” ○ 전위의 평형을 수식으로 표현하면 : I1P=I2Q, I1X=I2R →PR=QX ○ P와 Q저항을 미리 정하여 놓고 → 검류계의 눈금이 “0”이 되도록 R저항값을 조정하여 → 미지의 저항 X의 저항값을 측정한다. SW1

27. + a I + Vab b R V - + r - c - 3. 직류전위차계 ■분압기의 원리를 용량이 적은 전지 전압이나 전압신호 등을 정밀하게 측정 ■ 분압기 : 아래 그림과 같이 저항(R)위의 어떤 점(b)의 위치를 변화 시켜 필요한 전압을 취하는 것.

28. G + 보호저항 R a Vs Vx I c b SW V b c I d - 가. SW=Vs , 검류계 전류 =“0”이 되게 B 위치 조정(B=b) → Vs= Irab[V] 나. SW=Vx ,검류계 전류= “0”이 되게 B의 위치 조정(B=c) → Vx= Irac[V] 84

29. I1 I1 I3 I3 I1 I2 I2 I3 I2 4. 키르히호프의 법칙 ■ 키르히호프의 제1법칙 : 회로상의 “임의 접속점으로 흘러 들어오는 전류의 합은 흘러나가는 전류의 합과 같다.” 유입 전류 =유출 전류

30. I + + 전압강하의 전압방향 + 전압강하의 전압방향 + 기전력의 전압방향 기전력의 전압방향 V1=0.5[V] 10[Ω] 1.5[V] - - I V1=IR1 E1 - - + + + + R1 V2=IR2 V2=0.5[V] 10[Ω] - 1.5[V] E2 - - - + - + R2 - V3=IR3 E3 - 정한방향 V3=0.5[V] 10[Ω] - + 1.5[V] 정한방향 R3 + ■ 키르히호프의 제2법칙 : 어느 폐회로에서 기전력의 총합(대수합)과 저항에서 발생하는 전압 강하의 총합은 같다.  기전력 =  전압강하

31. I1 I2 c d b - - I3 5I1 5Ω 10I1 10Ω + + + Ⅰ Ⅱ 10Ω 10I3 - + + 40V 20V - - e f a ■ 키르히호프의 법칙을 이용하여 전류 구하기 ⅰ) 점 C에서 제1법칙을 적용하면 I1+I2=I3 · · · · · · ·① ⅱ) 폐회로Ⅰ(a→ b→ c→ d →a)에 제2법칙을 적용 40=5I1+10I3 · · ·② 식①를 식② 에 대입 · 정리하면  40=15I1+10I2 · · ·②’ ⅲ) 폐회로Ⅱ(f → e → d → c → f)에 제2법칙을 적용 20=10I2+10I3 · · ·③ 식①를 식③ 에 대입 · 정리하면  20=10I1+20I2 · · ·③’ ⅳ) ②’×2－③’: I1=3[A] I1를 식②에 대입 : I2=－0.5[A] , I3=2.5[A]

32. I1 4Ω - - 4I1 + + 8V Ⅰ a b 8Ω I - I2 - + 8I2 + 12V Ⅱ - 2I + 2Ω ■ 키르히호프 법칙을 이용한 전류 I1, I2, I[A] 구하기 ⅰ) 점 b에서 제1법칙을 적용하면 I1+I2=I · · ·① ⅱ) 폐회로 Ⅰ에 제2법칙을 적용하면 8－12=4I1－8I2 · · ·② 식②를 정리하면 －4 = 4I1－8I2 · · ·②’ ⅲ) 폐회로 Ⅱ에 제2법칙을 적용하면 12=8I2+2I· · ·③ 식①를 식③ 에 대입 · 정리하면  12=2I1+10I2 ··③’ ⅳ) ③’×2－②’: I2=1[A] , I1=1[A] , I=2[A]

33. 5. 회로망 정리 < 학 습 목 표 > ▶ 중첩의 원리를 이해하고 설명할 수 있다.

34. 1. 중첩의 원리 ※2개 이상의 전원을 포함한 회로에서 어떤 점의 전위 또는 전류는 각 전원이 단독으로 존재했을 경우 그 점의 전위 또는 전류의 합과 같다. ※중첩의 원리가 성립하는 회로는 선형회로가 된다. ※전압원은 단락 회로로, 전류원은 개방 회로로 대치하여 회로를 구성한다.

35. R1 R2 I2 I1 R2 R1 R2 I2” I1’ I2’ R1 I1” I3 I32 I31 + + + + E2 E1 R3 E1 E2 R3 R3 - - - - (a) 본래 회로 (c) E1를 제거한 회로 (b) E2를 제거한 회로 ■ 중첩의 원리를 이용하여 R3에 흐르는 전류 I3[A] 구하기 ⅰ) 그림 (b)와 같이 E1만 작용할 때 R3에 흐르는 전류를 I31 ⅱ) 그림 (c)와 같이 E2만 작용할 때 R3에 흐르는 전류를 I32 ⅲ) 그림 (a)와 같이 E1, E2가 모두 작용할 때 R3에 흐르는 전류 I3는? I3 = I31 + I32 (중첩의 원리)

36. I1 I2 5[Ω] 10[Ω] I3 + + 10[V] 10[V] 10[Ω] - - (a) 본래 회로

37. I1’ I2’ 5[Ω] 10[Ω] I3’ 10[Ω] + 10[V] - (b) 왼쪽 전원만의 회로

38. I1” I2” 5[Ω] 10[Ω] I3” + 10[V] 10[Ω] - (c) 오른쪽 전원만의 회로