파워 페이지를 읽다가 한 줄에서 멈췄다. 「벽 콘센트의 전기는 교류이고, 컴퓨터 부품은 직류만 쓴다. 파워가 하는 일의 절반이 이 바꾸기다.」 바꾼다는 건 알겠는데, 교류와 직류가 무엇이 다른지, 왜 굳이 둘을 섞어 쓰는지를 몰랐다.
Claude에게 먼저 짧게 물은 뒤 Gemini에게 처음부터 다시 물었고, 질문은 점점 아래로 내려갔다. 직류와 교류가 뭐냐에서 시작해 「그 전에 전기가 뭐냐」까지 갔다. 이 글은 그 대화에서 이해한 것을 순서대로 남긴다. 중간에 내가 한 번 틀리게 이해한 대목과, 나중에 다시 확인해 보니 Gemini의 답에서 고쳐야 했던 대목도 같이 적는다.
이 글이 답하는 질문은 넷이다.
- 전기는 무엇이 움직이는 것인가
- 교류에서 전자는 갔다가 돌아오는데, 그러면 에너지는 어떻게 전달되나
- 그런데 왜 벽은 교류이고 부품은 직류인가
- 콘센트가 늘 220V라면, 전력은 누가 정하나
값을 바꿔 볼 수 있는 그림 여덟 개를 넣었다. 막대를 끌거나 단추를 누르면 위의 숫자 칸과 그림이 함께 바뀐다. 다섯은 Gemini가 대화 중에 만들어 준 시뮬레이터를 이 글의 숫자에 맞춰 다시 그린 것이고, 셋은 새로 그렸다. 무엇을 옮기고 무엇을 바꿨는지는 「이 개념을 정리하기까지」에 적었다.
전기는 전선에 이미 들어 있는 자유 전자를 미는 일이다
모든 물질은 원자로 되어 있다. 원자 가운데에는 무거운 원자핵(+ 전기)이 있고, 그 둘레에 가벼운 전자(− 전기)가 붙어 있다. 구리 같은 금속에서는 바깥쪽 전자가 원자에 헐겁게 붙어 있어서, 원자를 떠나 금속 안을 자유롭게 돌아다닌다. 이것을 자유 전자라고 부른다.
구리 전선 안에는 이 자유 전자가 처음부터 꽉 차 있다. 건전지나 발전기를 이으면 이 전자들이 한꺼번에 밀려 움직인다. 우리가 「전기가 흐른다」고 부르는 것이 이 움직임이다.
그래서 처음에 내가 가졌던 그림 하나가 틀렸다. 나는 발전소가 전기라는 무언가를 만들어 전선으로 실어 보낸다고 생각했다. 그런데 발전소는 전자를 새로 만들지 않는다. 전선 안에 이미 있는 전자를 미는 거대한 펌프다. 발전소가 「전기를 많이 만든다」는 말은 전자를 더 세게 민다는 뜻이거나, 한꺼번에 더 많은 전자를 움직인다는 뜻이다.
전압은 미는 힘, 전류는 1초에 지나가는 양, 저항은 막는 정도다
전기를 물 호스에 견주면 말 세 개가 한 그림에 들어온다. 호스 안에는 물(전자)이 꽉 차 있다.
- 전압(V, 볼트) — 펌프가 미는 힘, 곧 수압이다. 1.5V 건전지는 어항용 작은 펌프이고, 220V 콘센트는 소방 호스 펌프다
- 전류(A, 암페어) — 1초 동안 한 자리를 지나가는 물의 양이다. 물방울 하나가 얼마나 빠른지가 아니라, 물줄기가 얼마나 굵은지다
- 저항(Ω, 옴) — 호스를 꽉 쥐거나 안에 자갈을 채워 물이 잘 못 흐르게 한 정도다
셋은 식 두 개로 묶인다. 뒤의 절들이 이 두 식으로 계산하니, 여기서 한 번만 보고 간다.
전류 = 전압 ÷ 저항 (220V에 22Ω을 이으면 10A가 흐른다)
전력 = 전압 × 전류 (220V로 10A가 흐르면 2,200W다)
첫 줄은 「미는 힘이 셀수록 많이 흐르고, 막는 정도가 클수록 적게 흐른다」를 식으로 쓴 것이다. 둘째 줄의 전력(W, 와트)은 1초에 실제로 해내는 일의 양이다. 같은 일을 하더라도 전압을 높이면 전류가 적어도 되고, 전압을 낮추면 전류가 많아야 한다. 이 맞바꿈이 뒤에서 「왜 벽은 교류인가」의 답이 된다.
아래 그림은 작업대 위의 시험 회로다. 왼쪽 전원 장치의 − 단자에서 나온 전자(파란 점)가 앞쪽 구리 막대, 오른쪽 세라믹 저항, 뒤쪽 막대를 지나 + 단자로 돌아간다. 뒤쪽 막대를 문 집게 전류계가 그 막대의 한 자리를 1초에 지나가는 전자의 양을 잰다. 전류는 이 한 자리를 1초에 지나가는 전자의 양이다. 같은 막대 안에서는 전류가 클수록 전자 하나도 조금 더 빨리 긴다(다음 절의 계산). 그래서 전압을 올리거나 저항을 낮추면 점이 더 빨리 돌고, 1초에 그 자리를 지나는 점이 는다. 전류계가 세는 것은 이 「지나는 양」이고, 바늘과 전류 칸이 그만큼 올라간다. 전력 칸은 언제나 전압 칸과 전류 칸을 곱한 값이고, 전력이 클수록 저항이 붉게 달아오른다. 그림은 좌우로 끌면 돈다.
직류 전원 장치, 구리 막대, 세라믹 저항, 집게 전류계로 된 시험 회로. 전압과 저항을 바꾸면 전류(전압 ÷ 저항)와 전력(전압 × 전류)이 따라 바뀐다.
전자는 1초에 0.1mm쯤 기어가고, 빠르게 오는 것은 밀림이다
스위치를 켜면 전구가 바로 켜진다. 그래서 나는 전자가 발전소에서 우리 집까지 순식간에 날아온다고 생각했다. 그런데 전자 하나는 아주 느리다.
직접 계산해 봤다. 전기의 양은 쿨롱(C)으로 세고, 1A는 1초에 1C가 지나간다는 뜻이다. 전자 하나가 나르는 전기는 아주 작은 정해진 값이다. 그러면 1초에 한 자리를 지나는 전기량은 「그 1초 동안 지나간 전자 수 × 전자 하나의 전기량」이다. 1초 동안 지나가는 전자는 단면을 밑면으로 하고 전자가 1초에 가는 거리를 높이로 하는 기둥 안의 전자다. 그래서 전류 = 1m³ 안의 전자 수 × 단면적 × 빠르기 × 전자 하나의 전기량이고, 이것을 빠르기에 대해 뒤집으면 아래 식이 된다. 단면적 1mm²인 구리선에 1A가 흐를 때 전자가 한 방향으로 나아가는 빠르기(유동 속도)는 이렇다.
구리 1m³ 안의 자유 전자 수 약 8.5 × 10²⁸ 개
전자 하나의 전기량 1.6 × 10⁻¹⁹ C
전선 단면적 1mm² = 10⁻⁶ m²
빠르기 = 전류 ÷ (전자 수 × 단면적 × 전기량)
= 1 ÷ (8.5 × 10²⁸ × 10⁻⁶ × 1.6 × 10⁻¹⁹)
≈ 0.00007 m/s = 1초에 약 0.07mm
전자가 워낙 많아서, 하나하나는 1초에 0.1mm도 못 가는데도 모두 합치면 1A가 된다. 전류가 「물방울의 빠르기」가 아니라 「물줄기의 굵기」라는 말이 이 숫자다.
그러면 전구는 어떻게 바로 켜질까. 빠르게 퍼지는 것은 전자가 아니라 「밀림」이다. 물이 꽉 찬 호스를 떠올리면 된다. 수도꼭지를 틀자마자 호스 끝에서 물이 나오는데, 그 물은 방금 꼭지에서 나온 물이 아니라 원래 끝에 있던 물이다. 뒤에서 밀린 압력이 호스를 따라 순식간에 퍼진 것이다. 전선에서는 이 밀림이 빛에 가까운 빠르기로 퍼진다.
여기서 나는 이렇게 정리했다. 전기는 전자가 이동해서 오는 것이 아니라, 전선에 이미 있는 전자가 움직임을 전달하는 것이다. 이 그림이 서야 교류가 이해된다.
직류는 전자가 한 방향으로 기고, 교류는 제자리에서 떤다
전선 속 전자 하나에 점을 찍고 따라가 본다고 하자.
직류(直流, Direct Current, DC)에서는 미는 방향이 늘 같다. 전자는 한쪽으로만 아주 천천히 긴다. 1초에 0.07mm, 1시간이면 25cm쯤 가서 처음과 완전히 다른 자리에 있다. 건전지 · 휴대폰 배터리 · USB가 직류다. 이름의 直(곧을 직)과 Direct가 「꺾이지 않고 곧게 흐른다」는 뜻이다.
교류(交流, Alternating Current, AC)에서는 미는 방향이 주기적으로 뒤집힌다. 전자는 오른쪽으로 조금 갔다가 같은 만큼 왼쪽으로 돌아온다. 위의 빠르기로 계산하면 한 번 오가는 폭이 1μm(1mm의 1,000분의 1)도 안 된다. 1년이 지나도 전자는 제자리에서 떨기만 한다. 交(엇갈릴 교)와 Alternating이 「번갈아 엇갈린다」는 뜻이다.
한국의 벽 콘센트는 60Hz다. 전압을 시간 순으로 적으면 이렇다.
| 시각 | 0초 | 1/240초 | 1/120초 | 3/240초 | 1/60초 |
|---|---|---|---|---|---|
| 전압 | 0V | +311V | 0V | −311V | 0V |
벽 전기를 220V라고 부르는데 꼭대기가 311V인 까닭은 두 절 뒤에서 본다. 이 물결 모양을 사인파라고 부른다.
아래 그림은 전선 속 전자 하나(금색)에 점을 찍고 따라간 것이다. 직류에서는 처음 자리(점선)에서 점점 멀어지고, 교류로 바꾸면 점선 둘레를 오가기만 한다. 위 칸의 숫자는 그림 속 거리가 아니라, 막대로 고른 전류를 앞 절의 계산(1mm² 구리선)에 넣어 낸 실제 값이다. 1A면 1초에 0.07mm다.
전선 속 전자 하나를 따라간다. 직류에서는 한 방향으로 천천히 나아가고, 교류에서는 제자리에서 앞뒤로 떤다.
한 바퀴(0V → +311V → 0V → −311V → 0V)가 1/60초다. 그래서 1초에 60번 왕복하고, 방향은 1초에 120번 바뀐다. Gemini는 처음에 「1초에 60번 방향을 바꾼다(60Hz)」라고 답했는데, 60번은 왕복 수이고 방향이 바뀌는 횟수는 그 두 배다. 파워 페이지가 「1초에 120번 0V를 지난다」고 적은 것도 이 120번이다.
교류에서 전자가 제자리로 돌아와도 에너지는 전달된다
여기서 내가 가장 오래 걸렸다. 직류는 전자가 한쪽으로 가니까 에너지를 옮긴다고 치자. 그런데 교류는 갔다가 다시 오면, 더하고 빼서 0이 되는 것 아닌가?
먼저 에너지가 어디서 오는지부터 보자. 앞에서 본 것처럼 발전소가 미는 힘은 「밀림」으로 순식간에 전구까지 퍼진다. 교류에서는 발전소가 미는 방향을 계속 뒤집으니, 그 밀림이 전구 속 전자를 앞뒤로 흔든다. 발전소가 전자를 밀며 들인 에너지가 이 흔들림을 거쳐 전구에서 열과 빛으로 바뀌는 것이다. 발전소는 터빈을 돌리는 데 석탄이나 바람의 에너지를 쓰고, 그만큼이 전선 끝에서 나온다. 그래서 전자가 어디에 도착했는지는 상관이 없고, 움직이는 동안 무엇에 부딪히느냐가 중요하다.
Gemini가 든 비유는 톱질이었다. 톱을 앞으로 밀면 톱날이 나무에 비벼지며 열이 나고 나무가 깎인다. 톱을 뒤로 당길 때 나무가 다시 붙지는 않는다. 당길 때도 또 비벼지며 또 깎인다. 전구의 필라멘트도 같다. 전자가 오른쪽으로 갈 때 필라멘트 원자에 부딪혀 열과 빛을 내고, 1/120초 뒤 왼쪽으로 돌아갈 때도 또 부딪혀 열과 빛을 낸다. 돌아간다고 해서 나온 열이 회수되지 않는다.
식으로 보면 더 분명하다. 전력은 전압 × 전류다. 그리고 전류 = 전압 ÷ 저항인데 저항은 늘 0보다 큰 값이다. 그래서 전압이 +면 전류도 +, 전압이 −면 전류도 −다. 둘은 우연히 같이 뒤집히는 게 아니라, 전압이 뒤집히면 전류가 따라 뒤집힌다.
앞으로 밀 때 전압 + 전류 + → 전력 (+) × (+) = +
뒤로 밀 때 전압 − 전류 − → 전력 (−) × (−) = +
전압과 전류가 함께 뒤집히기 때문에, 전력은 방향과 상관없이 0 아래로 내려가지 않는다. 앞으로 갈 때 준 에너지를 뒤로 갈 때 도로 빼앗는 순간이 없다. 이것으로 「더하고 빼서 0이 되지 않나」가 풀렸다.
아래 그림은 220V 교류를 22Ω 전구에 잇고 탁상 오실로스코프로 전압 · 전류 · 전력을 본 것이다. 실제 60Hz보다 120배 느리게 그렸다. 화면 오른쪽 끝의 점이 「지금」이고, 옆의 전구는 그 순간의 전력만큼 밝아졌다 어두워진다. 전압은 금색 선, 전류는 파란 점선, 전력은 초록 선이다. 화면을 가로지르는 점선 둘 — 금색 점선(220V)과 초록 점선(평균 전력 2,200W) — 은 다음 절에서 본다. 전압이 0 아래로 내려간 순간에 멈춰 보면 전류도 음수이고, 그림 아래 줄의 곱셈이 양수로 나온다.
220V 교류를 22Ω 전구에 이었을 때 시간에 따라 전압 · 전류 · 전력이 바뀌는 그래프. 전압과 전류는 함께 0 아래로 내려가지만 둘을 곱한 전력은 늘 0 이상이다.
한 가지는 남는다. 전력이 음수가 되지는 않지만 늘 같은 크기도 아니다. 전압이 0V를 지나는 순간에는 전류도 0이라 전력도 0이다. 전압이 꼭대기(311V)일 때 전력도 가장 크다. 그래서 교류가 주는 전력은 1초에 120번 0과 꼭대기 사이를 오르내린다. 전구는 너무 빨라서 깜빡임이 거의 안 보이지만, 컴퓨터 부품은 이 빈틈을 못 견딘다(이유는 뒤의 「부품이 직류만 쓰는 까닭」 절에서 본다). 파워 속 큰 커패시터가 물탱크처럼 전기를 담아 두고 이 빈틈을 메우는 이유가 이것이다.
220V는 꼭대기 311V와 같은 열을 내는 직류 값이다
위 표에서 꼭대기는 311V였다. 그런데 벽 전기는 220V라고 부른다. 앞 절에서 본 대로 교류의 전력은 0과 꼭대기 사이를 오르내린다. 그러니 「몇 V짜리 교류」라고 한 숫자로 부르려면 기준이 필요하다. 그 기준이 같은 저항에 이었을 때 같은 열을 내는 직류 전압이다. 교류의 전력은 순간마다 바뀌니, 「같은 열」은 한 바퀴 동안의 평균 전력이 같다는 뜻이다. 평균은 한 바퀴 동안 순간순간의 값을 고르게 모아 더한 뒤 그 개수로 나눈 것이다.
계산은 세 단계다.
1. 열(전력) = 전압 × 전류 = 전압 × (전압 ÷ 저항) = 전압² ÷ 저항
2. 사인파 전압의 제곱을 한 바퀴 동안 평균 내면 = 꼭대기² ÷ 2
3. 같은 열을 내는 직류 전압 = √(꼭대기² ÷ 2) = 꼭대기 ÷ √2
= 311 ÷ 1.414 ≈ 220V
1번은 앞에서 본 두 식을 합친 것이다. 저항이 같으면 열은 전압의 제곱으로 정해진다.
2번의 「딱 절반」은 이렇게 나온다. 위 표의 물결을 점 다섯 개가 아니라 매끄럽게 이으면 수학 시간의 sin 곡선(0 → 1 → 0 → −1 → 0)에 꼭대기 311을 곱한 모양이 된다. sin² + cos² = 1이 언제나 성립한다. 그런데 cos 곡선은 sin 곡선을 4분의 1 바퀴 밀어 놓은 같은 모양이라, 한 바퀴 동안 평균 내면 sin²의 평균과 cos²의 평균이 같다. 둘을 더해 1이니 각각 1/2이다.
3번은 「제곱한 값의 평균」을 다시 원래 단위(V)로 돌리려고 제곱근을 씌운 것이다. 직류는 전압이 늘 같으니, 직류 전압의 제곱이 꼭대기² ÷ 2와 같으면 같은 열을 낸다.
앞 절 그림의 금색 점선(220V)과 초록 점선(평균 전력 2,200W)이 이 계산의 결과다. 220V 직류를 22Ω에 이으면 전류 10A, 전력 2,200W로 늘 같다. 교류는 0W와 4,400W 사이를 오르내리지만 한 바퀴 평균이 그 2,200W다.
「220V 교류」는 「220V 직류와 같은 열을 낸다」는 뜻이고, 실제 전압은 −311V에서 +311V 사이를 오간다. 파워 페이지의 대기 전원 단계에서 「커패시터에는 약 311V가 찬다」고 한 것이 이 꼭대기 값이다.
교류와 직류는 만드는 방식부터 다르다
둘이 따로 있는 까닭은 쓰임 이전에 태어나는 방식이 달라서다.
발전기는 돌면서 교류를 만든다. 금속 전선 가까이에서 자석을 움직이면, 바뀌는 자기장이 전선 속 자유 전자를 한쪽으로 민다. 이것이 전자기 유도다. 발전소는 이것을 크게 만든 기계다. 석탄을 태운 증기(화력)나 우라늄의 열(원자력)이나 바람(풍력)으로 터빈을 돌리면, 터빈에 붙은 자석이 코일 안에서 돈다. 자석이 한 바퀴 도는 동안 코일은 N극과 마주했다가 S극과 마주한다. 마주한 극이 바뀌면 전자를 미는 방향도 바뀐다. 회전에서 전기를 뽑으니 방향이 주기적으로 뒤집히는 교류가 저절로 나온다.
배터리는 화학 반응으로 직류를 만든다. 건전지 안에는 전자를 내주는 물질(− 극)과 전자를 받는 물질(+ 극)이 나뉘어 있다. 전선으로 이으면 전자는 − 극에서 나와 바깥 전선을 지나 + 극으로만 간다. 반응이 한 방향으로만 일어나니 미는 방향도 한 방향이다. 충전은 이 반응을 거꾸로 돌리는 일이라, 늘 같은 방향으로 밀어 주는 직류로 한다. 방향이 1초에 120번 바뀌는 교류를 넣으면 반응이 거꾸로 돌다가 도로 돌아가기를 되풀이한다. 배터리에 담는 전기가 직류인 이유가 이것이다.
벽이 교류인 까닭은 에너지가 늘어서가 아니라 전압을 바꾸기 쉬워서다
톱질 비유를 듣고 나는 이렇게 이해했다. 「교류는 앞뒤로 움직이면서 에너지를 더 만들어 내니까, 그래서 멀리 가는구나.」 이건 틀렸다. Gemini가 바로잡았고, 나도 확인해 보니 맞는 지적이었다. 앞뒤로 떤다고 에너지가 불어나지 않는다. 발전소가 넣은 것보다 많은 에너지는 어디에서도 나오지 않는다.
진짜 이유는 전선이 가는 길에 열로 에너지를 잃는다는 데서 시작한다. 전선도 저항이 조금 있어서, 전류를 밀어 보내는 데 미는 힘이 조금씩 쓰인다. 긴 호스 끝으로 갈수록 수압이 조금 떨어지듯, 전선의 끝으로 갈수록 전압이 조금 떨어진다. 그 떨어진 몫이 전선을 데우는 데 들어간다. 이때 잃는 양은 앞의 두 식에서 나온다.
전선 양 끝의 전압 차 = 전류 × 전선 저항 (전류 = 전압 ÷ 저항을 뒤집은 것)
전선이 잃는 전력 = 전선 양 끝의 전압 차 × 전류
= 전류 × 전류 × 전선 저항
여기서 쓰는 전압은 발전소가 보내는 22,000V 같은 값이 아니라, 전선 한쪽 끝과 다른 쪽 끝의 전압 차다. 전선이 실제로 「먹는」 몫만 센 것이다. 결과에 전류의 제곱이 들어 있다는 게 중요하다. 전류가 10배면 손실은 100배다.
이제 10kW(10,000W)를 저항 1Ω인 전선으로 보낸다고 하고 계산해 봤다. 받는 쪽이 10kW를 쓰기로 정해져 있으니, 전류는 전력 = 전압 × 전류를 뒤집은 전력 ÷ 전압으로 구한다. 셈을 쉽게 하려고 받는 쪽 전압을 220V와 22,000V로 놓았다. 보내는 쪽은 전선에서 떨어지는 몫만큼 조금 더 높아야 한다. 22,000V는 100배 차이를 보려고 고른 숫자이고, 실제 송전선은 이보다 높은 수십만 V까지 쓴다.
받는 쪽 220V일 때 전류 = 10,000 ÷ 220 ≈ 45.45A
손실 = 45.45 × 45.45 × 1 ≈ 2,066W (쓰는 10kW의 약 20%)
받는 쪽 22,000V일 때 전류 = 10,000 ÷ 22,000 ≈ 0.4545A
손실 = 0.4545 × 0.4545 × 1 ≈ 0.2W (약 0.002%)
같은 전력을 보내면서 전압을 100배 올리면 전류가 100분의 1이 되고, 손실은 1만분의 1이 된다. 그래서 발전소는 전압을 수십만 V까지 올려 보내고, 집 가까이에서 220V로 내린다.
아래 그림의 막대를 끌어 전압을 올려 보면 이 계산이 그대로 따라온다. 220V에서는 전선이 붉게 달아오르고, 맨 아래 막대의 붉은 몫(잃은 전력 2,066W)이 쓰는 10kW의 약 20%만큼 붙는다. 22,000V에서는 붉은 몫이 보이지 않을 만큼 줄어든다. 송전선은 교류라서 점(전자)은 제자리에서 떨기만 한다. 떠는 폭이 곧 전류의 크기다.
10kW를 저항 1Ω 전선으로 보낼 때, 받는 쪽 전압을 220V에서 220,000V까지 올리면 전류와 전선이 잃는 전력이 어떻게 줄어드는지 보여 준다.
Gemini는 이 대목을 「파이프가 길면 물이 가다 멈추니 처음에 아주 센 펌프로 쏴야 끝까지 간다」는 비유로도 설명했다. 이 비유는 버렸다. 그렇게 읽으면 전압이 약하면 전기가 「도착을 못 한다」로 들린다. 실제로는 220V로 보내도 도착은 한다. 도착하는 동안 전선이 데워져서 많이 잃을 뿐이다. 높은 전압의 몫은 멀리 쏘는 힘이 아니라, 같은 전력을 적은 전류로 실어 손실을 줄이는 것이다.
그러면 전압을 올리고 내리는 게 왜 교류에서만 쉬울까. 전압을 바꾸는 부품은 변압기다. 쇠심에 코일 두 개를 감아 둔 것이다. 코일에 전류가 흐르면 코일이 자석이 된다(전자석). 앞 절에서 본 대로 전선 가까이에서 자석이 바뀌면 그 전선의 전자가 밀린다. 그래서 한쪽 코일의 전류가 바뀌면 그 전자석이 바뀌고, 그 변화가 다른 쪽 코일의 전자를 민다. 감은 수의 비율만큼 전압이 오르거나 내린다.
- 교류는 방향이 늘 바뀌니 전자석도 늘 바뀌고, 코일 두 개만으로 전압이 바뀐다
- 직류는 한 방향으로 일정해서 전자석이 「늘 같은 자석」이 된다. 바뀌지 않으니 다른 쪽 코일의 전자는 밀리지 않고, 아무것도 건너가지 않는다
쇠심에 코일 두 개를 감은 변압기. 감은 수를 바꾸면 나온 전압이 그 비율만큼 바뀌고, 넣는 전기를 직류로 바꾸면 나온 전압이 0V가 된다.
위 그림에서 쇠심 앞면을 따라 앞뒤로 출렁이는 파란 점이 자기장이다. 교류에서는 자기장의 방향과 세기가 계속 바뀌어서 점이 출렁인다. 넣는 전기를 「직류」로 바꾸면 자기장은 그대로 있지만 바뀌지 않아서 점이 멈춘 채로 있다. 바뀌지 않으니 오른쪽 코일의 전자를 밀지 못해, 나온 전압이 0V가 되고 오른쪽 전구가 꺼진다. 기본값은 왼쪽 코일 110번, 오른쪽 코일 6번이다. 220V가 12V로 내려가고, 전류는 0.55A에서 10A로 커진다.
변압기는 에너지를 만들지 않으니 들어간 전력과 나온 전력이 (열로 조금 잃는 것을 빼면) 같다. 전력 = 전압 × 전류이므로 전압을 100배로 올리면 전류는 100분의 1이 된다. 위 계산의 「전압을 올리면 전류가 준다」가 변압기에서 실제로 일어나는 일이다. 파워 속에서 메인 스위치가 직류를 일부러 빠르게 켰다 끄는 것도 변압기에 「바뀌는 전기」를 주려는 것이다.
부품이 직류만 쓰는 까닭은 0과 1을 전압으로 붙잡기 때문이다
CPU와 RAM 안의 트랜지스터는 「전압이 있으면 1, 없으면 0」처럼 전압의 높낮이로 비트를 나타낸다. 그런데 교류는 1초에 120번 0V를 지나간다. 교류를 그대로 넣으면 1이어야 할 비트가 1초에 120번씩 0이 되어 버린다. 부품은 늘 일정한 전압이 필요하고, 그것이 직류다. 배터리에 담을 수 있는 것도 직류뿐이다.
그래서 교류는 「보내기」에 좋고, 직류는 「쓰기」에 좋다. 둘 사이에서 바꿔 주는 기계가 생긴다. 휴대폰 충전기(어댑터)가 그 일을 하고, 데스크톱에서는 파워가 한다.
바꾸는 첫 두 걸음은 아래 그림의 단추 셋으로 볼 수 있다. ①은 벽의 교류다. ②는 브리지 정류기를 지난 뒤다. 다이오드(한쪽으로만 전기를 통과시키는 부품) 넷이 뒤로 가는 쪽을 앞으로 뒤집어서, 방향은 하나가 됐지만 여전히 1초에 120번 0V까지 떨어진다. ③은 큰 커패시터를 지난 뒤다. 커패시터가 꼭대기 근처에서 전기를 담아 두었다가 그 사이에 내줘서 0V까지 떨어지지 않는다. 회색 점선은 바로 앞 단계의 모양이다.
벽의 교류, 브리지 정류기를 지난 뒤, 큰 커패시터를 지난 뒤의 전압 모양을 차례로 보여 준다. 정류기 뒤에도 1초에 120번 0V까지 떨어지고, 커패시터 뒤에는 떨어지지 않는다.
교류를 만든다"] --> U["변압기
수십만 V로 올린다"] U --> L["송전선
적은 전류로 멀리"] L --> D["변압기
220V로 내린다"] D --> W["벽 콘센트
220V 교류"] W --> P["파워
12V 직류로 바꾼다"] P --> C["CPU · RAM
직류로 0과 1"] style G fill:#2d3748,stroke:#4299e1,stroke-width:2px,color:#e2e8f0 style U fill:#2d3748,stroke:#4299e1,stroke-width:2px,color:#e2e8f0 style L fill:#2d3748,stroke:#4299e1,stroke-width:2px,color:#e2e8f0 style D fill:#2d3748,stroke:#4299e1,stroke-width:2px,color:#e2e8f0 style W fill:#2d3748,stroke:#ed8936,stroke-width:2px,color:#e2e8f0 style P fill:#2d3748,stroke:#ed8936,stroke-width:2px,color:#e2e8f0 style C fill:#2d3748,stroke:#48bb78,stroke-width:2px,color:#e2e8f0
파란 칸은 멀리 「보내기」 위해 전압을 올리고 내리는 구간이다. 주황 칸은 집 안이다. 벽 콘센트까지는 교류이고, 파워가 그것을 직류로 바꾼다. 초록 칸에서 「쓰기」가 일어난다. 파워 속에서 이 바꾸기가 어떤 순서로 일어나는지는 파워 페이지의 여섯 단계가 따라간다.
콘센트의 220V는 미는 힘일 뿐이고, 전력은 꽂은 기기가 끌어가는 전류로 정해진다
전력 = 전압 × 전류를 배우고 나서 이렇게 물었다. 「집에 들어오는 건 220V라는 전압뿐이니, 전력이 얼마인지는 모르는 거네?」 맞았다. 콘센트가 정하는 것은 미는 힘 220V뿐이다. 그 힘으로 전류가 얼마나 흐를지는 꽂은 기기가 정한다. 전류가 정해져야 전력이 정해진다.
미는 쪽은 언제나 콘센트이고, 기기는 그 힘에 얼마나 길을 내주느냐로 전류를 정한다. 「기기가 끌어간다」는 말은 그 뜻이다. 가장 단순한 기기인 저항에서는 앞에서 본 식 그대로다 — 전류 = 220 ÷ 기기의 저항.
- 아무것도 안 꽂으면 콘센트의 두 구멍 사이가 끊겨 있다. 전자가 한 바퀴 돌 길이 없으니 0A이고, 전력도 0W다
- 22Ω짜리 전구나 열선은 「220V는 꼭대기 311V와…」 절에서 계산한 대로 10A를 끌어가서 2,200W다
- 휴대폰 충전기는 0.1A쯤 끌어가서 220 × 0.1 = 22W다. 헤어드라이어는 6.8A쯤 끌어가서 1,500W다
이어서 「그러면 220V라도 0.1A면 22W밖에 못 쓰는 거냐」고 물었고, 그렇다. 22W로 충분한 기기는 22W만 끌어간다.
충전기는 저항이 아니다. 여기서 Gemini의 설명 하나를 버렸다. Gemini는 「충전기 안의 저항이 매우 커서 전류가 찔끔 흐른다」고 했다. 그렇게 읽으면 충전기가 큰 저항으로 전류를 막고, 막힌 몫을 열로 버리는 것처럼 들린다. 실제 충전기는 파워처럼 안의 스위치를 1초에 수만 번 켰다 끈다(파워 속 메인 스위치). 스위치가 켜져 있는 동안만 전기가 넘어가니, 켜 두는 시간이 짧을수록 1초 동안 넘어가는 전기가 줄어든다. 휴대폰이 덜 원하면 켜 두는 시간을 줄이고, 그만큼 벽에서 끌어가는 전류도 준다. 결과(0.1A, 22W)는 같지만 「저항으로 막는다」로 이해하면, 충전기가 막힌 몫을 열로 버리지 않고 애초에 덜 끌어온다는 것을 놓친다. 스위치를 켜고 끌 때도 열로 조금은 잃지만, 막아서 버리는 것보다 훨씬 적다.
컴퓨터도 같다. 파워를 콘센트에 꽂아 두면 220V가 늘 걸려 있다. 하지만 전류는 부품이 일하는 만큼만 흐른다. 이 PC는 게임 중에 벽에서 약 544W를 끌어오는 것으로 어림했다(파워 페이지의 750W 절). 220V로 나누면 약 2.5A다. 컴퓨터를 꺼도 0A는 아니다. 전원 버튼이 눌리기를 기다리는 대기 전원(5VSB)이 아주 조금 쓴다. Gemini는 「끄면 스위치가 끊겨 전류가 거의 흐르지 않는다」고 했는데, 그 「거의」가 바로 이 대기 전원이다.
220V 콘센트에 아무것도 안 꽂았을 때, 휴대폰 충전기 · 이 PC · 헤어드라이어 · 전기난로를 꽂았을 때 흐르는 전류와 전력을 비교한다. 전압은 늘 220V다.
그 뒤의 두 질문 — 파워 속 어느 부품이 교류를 직류로 바꾸고 전류를 다루는지, 12V · 5V · 3.3V는 각각 어디에 쓰는지 — 는 파워 페이지가 이미 이 PC 기준으로 답하고 있다. 파워 속 부품 절과 12V가 부품마다 가는 길 절이다. 여기에 다시 쓰지 않았다.
저항이 작을수록 열이 나는지는 무엇이 고정됐느냐로 갈린다
저항을 배우고 나서 「저항이 약하면 발열이 많이 나는 거야?」라고 물었다. Gemini는 「네, 맞습니다」라고 답했다. 합선(쇼트)이 그 예였다. 그런데 「벽이 교류인 까닭」 절의 송전선 계산은 반대를 가리켰다. 전선이 잃는 전력이 전류 × 전류 × 전선 저항이니, 같은 전류라면 전선의 저항이 작을수록 열로 잃는 게 적다. 두 답이 부딪혀서 다시 따져 봤다. 둘 다 맞고, 갈리는 기준은 무엇이 고정돼 있느냐다.
전압이 고정된 경우 — 저항이 작을수록 열이 많다. 콘센트에 바로 이은 기기는 220V를 그대로 받는다. 전류 = 220 ÷ 저항이라, 저항이 작을수록 전류가 커지고 전력(열)도 커진다.
전기난로 열선 22Ω 전류 10A 전력 2,200W
열선을 11Ω으로 전류 20A 전력 4,400W
전선끼리 바로 닿아 저항이 거의 0이 되면 전류가 감당 못 할 만큼 커진다. 이것이 합선이고, 그래서 차단기가 전기를 끊는다. 앞 절의 콘센트가 바로 이 「전압이 고정된」 경우다.
전류가 정해진 경우 — 저항이 작을수록 열이 적다. 콘센트 → 전선 → 난로 → 전선 → 콘센트는 갈래 없이 한 줄로 이어진 고리다. 갈래 없는 호스에서 어느 자리든 1초에 지나가는 물의 양이 같듯이, 이 고리의 어느 자리든 전류가 같다. 한 줄로 이어진 저항은 더하면 고리 전체의 저항이 된다. 가는 전선과 오는 전선이 0.05Ω씩이면 22 + 0.05 + 0.05 = 22.1Ω이고, 전류는 220 ÷ 22.1 ≈ 9.95A로 난로만 있을 때(10A)와 거의 같다. 난로 22Ω에 비해 전선 0.1Ω은 거의 없는 것과 같다. 그래서 전류는 사실상 끝의 기기가 정하고, 전선은 그 전류를 받아서 지나갈 뿐이다. 위 난로(10A)에 이은 전선의 저항이 0.1Ω이면 전선이 내는 열은 10 × 10 × 0.1 = 10W다. 전선을 굵게 해서 0.05Ω으로 줄이면 5W로 준다. 송전선도 이쪽이다. 끝에서 쓰는 전력이 정해져 있으면 전류가 정해지고, 전선은 그 전류를 지나 보내며 잃기만 한다.
아래 그림은 시험대 둘이다. 뒤쪽은 220V 콘센트에 이은 니크롬 열선이고, 미끄럼 집게가 쓰는 길이(= 저항)를 바꾼다. 앞쪽은 10A가 흐르는 전선이고, 굵을수록 저항이 작다. 단추로 고른 시험대만 켜지고 다른 쪽은 어두워진다. 오른쪽 계기 화면의 곡선은 가로가 저항, 세로가 열(전력)이고, 점이 지금 값이다. 두 경우를 바꿔 가며 저항을 줄여 보면 곡선의 방향이 뒤집힌다. 전압이 고정일 때는 저항을 줄일수록 곡선이 치솟고, 전류가 고정일 때는 저항을 줄일수록 곡선이 내려간다.
저항을 줄일 때 열(전력)이 어떻게 바뀌는지를, 전압이 220V로 고정된 열선과 전류가 10A로 고정된 전선 두 경우로 나눠 보여 준다.
그래서 「저항이 작으면 열이 많다」는 그 저항이 전압을 직접 받을 때만 맞는 말이다. 전기난로나 헤어드라이어는 이 성질을 이용해, 불이 나지 않을 만큼 튼튼하면서 전류가 넉넉히 흐를 만큼만 저항을 맞춘 열선을 쓴다. 반대로 저항이 아주 크면(고무 · 플라스틱) 전류가 거의 흐르지 않아 열도 나지 않는다.
이 개념을 정리하기까지
시작은 파워 페이지의 한 줄이었다. 「벽은 교류, 부품은 직류, 파워가 바꾼다」에서 바꾸는 이유를 몰랐다. Claude에게 먼저 물었고, 「교류는 보내기에, 직류는 쓰기에 좋다」는 답과 함께 「220V라면서 꼭대기는 왜 311V인가」라는 확인 질문을 받았다. 그 질문에는 답하지 못한 채 Gemini로 가서 처음부터 다시 물었다.
질문은 위가 아니라 아래로 내려갔다. 직류와 교류의 차이 → 왜 둘을 쓰나 → 이름은 왜 그런가 → 그 전에 전기가 뭔가. 차이를 설명하는 말(전자, 전압, 방향)을 몰라서 그 아래를 먼저 알아야 했다. 이 글의 절 순서가 대화 순서와 다른 것은 그래서다. 대화는 위에서 아래로 내려갔고, 글은 아래에서 위로 올라간다. 대화 순서대로 쓰면 독자도 나처럼 세 번 되돌아가야 한다.
방향이 꺾인 것은 「전기는 이동하는 게 아니라 움직임을 전달하는 것 아닌가」였다. 발전소가 전자를 민다는 설명을 듣다가 스스로 그렇게 물었고, 맞았다. 이 그림이 서고 나서야 「교류에서 전자는 제자리에서 떤다」가 받아들여졌다.
가장 오래 막힌 곳은 「갔다가 다시 오면 0 아닌가」였다. 톱질 비유로 감은 왔지만, 납득은 (−) × (−) = (+)에서 됐다. 비유는 「그럴 수 있겠다」까지만 데려가고, 식이 「그럴 수밖에 없다」로 닫았다.
한 번 틀리게 이해했다. 「교류는 앞뒤로 움직이면서 에너지를 더 만드니까 멀리 간다」고 정리했다가, 에너지가 불어나는 것이 아니라 변압이 쉬운 것이라고 바로잡혔다. 이 틀린 이해는 톱질 비유에서 왔다. 「앞으로 밀 때도 깎이고 당길 때도 깎인다」를 「교류는 덤으로 일을 더 한다」로 읽은 것이다. 톱질 비유가 말하는 것은 「되돌아와도 0이 되지 않는다」까지이고, 덤이 생긴다는 뜻은 없다. 그래서 「벽이 교류인 까닭」 절을 이 틀린 이해로 시작하고, 에너지는 불어나지 않는다는 말을 먼저 못 박았다.
글로 옮기면서 Gemini의 답 네 군데를 다시 확인했다.
- 「1초에 60번 방향을 바꾼다」 — 60번은 왕복 수이고 방향은 120번 바뀐다. 파워 페이지와 숫자가 어긋나서 찾았다
- 「먼 곳까지 도착하려면 센 펌프로 쏴야 한다」 — 도착 못 하는 게 아니라 가는 길에 잃는 게 문제다. 이 비유는 버리고 손실 계산으로 바꿨다
- 「저항이 약하면 발열이 많다」 — 전압이 고정된 경우에만 맞다. 송전선 계산과 부딪혀서 찾았다. 그래서 마지막 절을 따로 세웠다
- 「전류 = 전자의 이동 방향」 — 관례상 전류의 방향은 + 에서 − 로 정하고, 전자는 그 반대로 움직인다. 전자가 발견되기 전에 방향을 먼저 정해 버렸기 때문이다. 이 글의 부호 계산은 두 방향이 함께 뒤집히기만 하면 되므로 결론은 같다
대화는 전력에서 다시 파워로 돌아왔다. 전압 · 저항 · 전류 · 전력을 차례로 묻고 나서 「콘센트는 220V만 정하고 전력은 모르는 거네」로 스스로 묶었다. 그 뒤 파워 속 부품과 12V · 5V · 3.3V를 물었다. 처음 걸렸던 파워 페이지로 돌아온 셈이다. 부품과 전압 이야기는 파워 페이지가 이 PC의 데이터시트로 이미 더 자세히 적고 있어서, 이 글에는 「전력은 기기가 정한다」까지만 넣고 나머지는 링크로 넘겼다. 이 대목에서는 Gemini의 답 하나를 고치고 하나를 보탰다. 「충전기는 큰 저항으로 전류를 막는다」는 스위칭으로 바로잡았다. 「끄면 전류가 거의 흐르지 않는다」는 맞는 말이라, 그 「거의」가 대기 전원(5VSB)이라는 것만 보탰다.
그림은 Gemini의 시뮬레이터를 보고 블로그 안에서 도는 것으로 다시 그렸다. 처음 고른 방식은 한 번 뒤집혔다. Gemini는 대화 중에 막대로 값을 바꾸는 시뮬레이터를 여덟 개 만들어 줬다(전자 이동, 교류 전력 오실로스코프, 변압기, 옴의 법칙, 고정 전압에서 저항과 열 둘, 단면을 지나는 전자, 물레방아). 글로 읽을 때보다 막대를 끌어 볼 때 더 빨리 이해됐다. 그래서 이 글에도 넣기로 했고, 넣는 방법은 셋을 놓고 골랐다.
안 A — Gemini의 화면을 캡처해 이미지로 싣는다. 가장 빠르다. 하지만 이 그림들의 값은 「막대를 끌면 숫자가 바뀐다」는 데 있다. 이미지로 굳히면 한 순간만 남는다. 전압이 음수인 순간에 멈춰 곱셈을 직접 읽어 보는 일 같은 게 사라진다. 공유 링크가 사라지면 원본도 잃는다.
안 B — Gemini처럼 평평한 2D 시뮬레이터(선과 점, 숫자 칸, 막대). 처음에는 이것을 골랐다. 이 글이 보여 줄 것은 부품의 생김새가 아니라 값 사이의 관계라서, 숫자 칸과 곡선이면 충분하다고 봤다. 만드는 비용도 안 A 다음으로 적었다. 그런데 올려 놓고 보니 무엇을 보고 있는지가 안 보였다. 둥근 네모 선 위를 점이 도는 그림은 회로라는 것은 알겠지만, 전원 장치 · 구리 막대 · 저항 · 전류계라는 실물과 이어지지 않았다. 그림을 보고 나는 「파워 페이지의 3D 그림처럼 해 달라, 그래야 이해하기 편하다」고 다시 요청했다.
골랐다 — 안 C, 하드웨어 페이지와 같은 입체 그림에 숫자 칸과 막대를 붙인다. 파워 페이지의 그림처럼 Anatomy라는 도구로 그린 아이소메트릭(비스듬히 위에서 본 입체) 그림이다. 작업대 위에 실물을 놓았다. 회로는 직류 전원 장치 · 구리 막대 · 세라믹 저항 · 집게 전류계, 교류 전력은 탁상 오실로스코프와 전구, 송전은 발전소 · 철탑 · 집 모형, 변압기는 적층 쇠심과 코일이다. 안 B가 지키던 「직접 바꿔 보기」와 숫자 칸은 그대로 두고, 안 B가 못 하던 「무엇을 보고 있는지」를 실물이 맡는다. 좌우로 끌면 그림이 돈다. 그림마다 숫자는 이 글의 계산(22Ω 전구, 10kW · 1Ω 송전선, 1mm² 구리선)에 맞췄다. 그래서 그림을 움직여 본 값과 본문의 숫자가 같다. 대가는 만드는 비용이다. 그림마다 부품 수십 개를 위치와 크기로 하나씩 짓고, 점이 부품 앞뒤로 지나가는 순서까지 맞춰야 한다.
같은 때 그림이 아예 움직이지 않던 문제도 찾았다. 2D 판을 「움직임 줄이기」 운영체제 설정을 따르게 짜 두었는데, 글을 읽던 브라우저(Orca)가 그 설정으로 잡혀 있어서 여덟 개가 전부 서 있었다. 방식과는 상관없는 문제라, 입체 그림에서는 그 설정을 따르지 않게 했다. 움직임이 곧 설명이라서다. 대신 모든 그림에 「멈춤」 단추를 두어 언제든 세울 수 있게 했다.
Gemini의 여덟 개는 이 글에서 다섯 개가 됐고, 셋을 새로 그렸다. 짝은 이렇다.
- 전자 이동 → 「전선 속 전자 하나」. Gemini는 추적한 전자가 간 거리를 「+80.2nm」처럼 보여 줬는데 그 숫자의 근거가 없었다. 이 글의 그림은 화면 속 거리 대신, 앞에서 계산한 실제 값(1초에 0.07mm, 한 번 오가는 폭 1µm 미만)을 칸에 적는다
- 옴의 법칙 + 단면을 지나는 전자 → 「전압 · 저항을 바꾸면」 하나로 합쳤다. Gemini의 옴의 법칙 그림은 전류를 「전자의 이동 속도」라고 적었다. 같은 대화에서 Gemini 스스로 전류는 「1초에 지나가는 양」이라고 설명했고, 이 글도 「빠르기가 아니라 굵기」라고 적었다. 그래서 막대의 한 자리를 집게 전류계가 물게 하고, 전류를 「그 자리를 1초에 지나는 전자의 양」으로 읽게 했다. 단면 그림이 하던 일을 전류계가 맡은 것이다
- 교류 전력 오실로스코프 → 「벽의 교류를 22Ω 전구에 이었을 때」. 전압과 전류의 「위상차」 막대는 뺐다. 위상차를 주면 전력이 잠깐 음수로 내려간다. 이 글의 결론 「전력은 0 아래로 내려가지 않는다」는 저항만 있는 경우의 이야기라서, 그 막대를 두면 설명하지 않은 것을 보여 주게 된다. 그 대신 「아직 안 본 것」에 남겼다
- 변압기 → 「변압기는 감은 수의 비율만큼」. 「직류」 단추를 보탰다. 이 글이 변압기에서 짚은 것이 「직류는 건너가지 않는다」라서다
- 고정 전압에서 저항과 열 둘 → 「저항을 줄이면 열이 늘까, 줄까」 하나로 합쳤다. Gemini의 두 그림은 둘 다 전압이 고정된 경우였다. 이 글은 그 답이 송전선 계산과 부딪혀 「전류가 고정된 경우」를 따로 세웠으니, 그 경우를 단추로 보탰다
- 물레방아(전압 × 전류 = 전력)는 뺐다. 전력은 옴의 법칙 그림의 전력 칸과 콘센트 그림이 보여 준다. 물 비유를 하나 더 들면 호스 비유와 겹친다
- 새로 그린 셋 — 송전 손실, 정류와 커패시터, 콘센트. 앞의 둘은 이 글이 계산으로 보여 준 대목이라 그 계산을 직접 움직여 볼 수 있게 했다. 콘센트는 대화 뒷부분(「전력은 누가 정하나」)에 Gemini가 그림을 붙이지 않아서 새로 그렸다
220V와 311V는 Gemini와의 대화 바깥에서 왔다. 처음 Claude가 낸 확인 질문이었다. 파워 페이지의 「커패시터에 약 311V가 찬다」와 이 글을 잇는 고리라서, 톱질 절의 결론(전력은 0과 꼭대기 사이를 오르내린다)에서 이어지는 만큼만 넣었다.
카테고리는 Concept으로 새로 열었다. 기존 갈래 중에는 OS와 Computer Science가 가까웠다. OS에 넣는 안은 버렸다. 이 글은 운영체제를 한 줄도 다루지 않아서, OS 카테고리를 「운영체제 글」로 믿고 찾는 사람에게 엉뚱한 글이 섞인다. Computer Science에 넣는 안도 버렸다. 전기는 계산의 이론이 아니라 물리라서, 다음에 저항 · 전자기 유도 · 커패시터 같은 글이 이어지면 CS 아래에 물리가 쌓인다. 이 저장소의 규칙은 이미 「용어 한 줄로 안 되는 개념은 concept 글로 쓴다」고 정해 두었는데 그 갈래가 아직 비어 있었다. 이 글이 첫 글이다. 대가는 카테고리가 하나 느는 것이고, 한동안 글이 한 편뿐인 갈래가 된다.
직류와 교류에서 아직 안 본 것
- 직류로는 멀리 못 보내는가 — 이 글은 「교류가 변압이 쉬워서」까지만 봤다. 요즘은 전압을 바꾸는 전자 회로가 좋아져 아주 먼 거리를 직류로 보내는 선(HVDC)도 실제로 쓰인다. 왜 그쪽이 더 나은 경우가 있는지는 보지 않았다
- 에디슨과 테슬라의 직류 · 교류 대결 — 벽이 교류로 정해진 역사다. Gemini가 꺼냈지만 따라가지 않았다
- 태양광은 회전 없이 어떻게 전기를 만드나 — 태양광 패널은 직류를 낸다. 원리는 보지 않았다
- 변압기가 감은 수의 비율로 전압을 바꾸는 원리 — 「바뀌는 자기장이 다른 코일의 전자를 민다」까지만 봤다
- 코일이나 커패시터가 든 기기에서는 전력이 잠깐 음수가 된다 — 모터처럼 코일이 든 기기는 전류가 전압보다 조금 늦게 뒤집힌다. 그 어긋난 틈에서는 전압과 전류의 부호가 달라 곱이 음수가 된다. Gemini의 오실로스코프에 있던 위상차 막대가 이것이다. 이 글은 저항만 있는 경우만 봤다
정리
- 전기는 전선에 이미 꽉 찬 자유 전자를 미는 일이다. 전자 하나는 1초에 0.1mm도 못 가지만, 밀림은 빛에 가까운 빠르기로 퍼진다
- 직류는 한 방향으로 밀고, 교류는 미는 방향을 1초에 120번 뒤집는다. 교류에서 전자는 제자리에서 떤다
- 떨기만 해도 에너지는 온다. 전구 같은 저항에서는 전압과 전류가 함께 뒤집혀 전력이 0 아래로 내려가지 않는다. 다만 1초에 120번 0까지 내려간다
- 220V는 같은 열을 내는 직류 값이고, 실제 꼭대기는 311V다
- 벽이 교류인 까닭은 변압기로 전압을 올려 전류를 줄이고, 전류의 제곱으로 느는 손실을 줄일 수 있어서다. 에너지가 늘어서가 아니다
- 부품이 직류인 까닭은 전압의 높낮이로 0과 1을 붙잡기 때문이다. 파워가 그 사이를 바꾼다
- 콘센트는 220V로 밀기만 하고, 전력은 꽂은 기기가 끌어가는 전류로 정해진다. 아무것도 안 꽂으면 0W다
- 「저항이 작으면 열이 많다」는 전압이 고정된 경우에만 맞다. 전류가 정해진 전선에서는 반대다
자신만의 철학을 만들어가는 중입니다.
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