회로와 물리 법칙 - 옴의 법칙과 키르히호프의 법칙

전기/전자회로에서 전압과 전류에 대한 기본적인 법칙들이 있습니다.

첫 번째로 전압, 전류, 그리고 저항의 관계를 나타내는 법칙이 옴(Georg Ohm) 선생님께서 말씀하신 옴의 법칙(Ohm's Law)입니다. 여러 회로에서 형태를 달리하지만, 기본적인 형태는 동일합니다.

옴의 법칙 (Ohm's Law)

옴의 법칙을 설명하는 한 가지 방법은 "닫힌 회로에서 전압은 전류의 흐름을 만들어 내는데, 그 전류의 흐름은 저항에 반비례한다"입니다. 즉, 같은 전압을 가정하면 저항이 작으면 더 많은 전류가, 저항이 크면 더 적은 전류가 흐른다는 것을 의미합니다. 전압, 전류, 저항의 관계를 기술하는 것은 비단 이렇게만 기술되는 것은 아니지만, 어떠한 경우에라도 법칙을 거스르지는 않습니다.

두 번째는 회로에서 전압(Voltage)과 전류(Current)에 대하여 키르히호프(Gustav Robert Kirchhoff) 선생님께서 말씀하신 키르히호프의 전기회로 법칙(Kirchoff's Circuit Law)입니다.

왼쪽은 키르히호프의 전압 법칙(Kirchhoff's Voltage Law), 오른쪽은 키리히호프의 전류 법칙(Kirchhoff's Current Law)를 나타낸 것입니다.

키르히호프의 법칙은 두 가지가 있습니다. 전압에 대한 키르히호프의 전압 법칙(KVL; Kirchhoff's Voltage Law)과 전류에 대한 키리히호프의 전류 법칙(KCL; Kirchhoff's Current Law)입니다. 회로에서 볼 수 있는 전압과 전류에 대한 법칙으로, 모든 것의 합이 0이라고 말하는 것은 적어도 하나의 값이 음수이어야 한다라는 의미입니다. 모두 양수라면 합이 0이 될 수 없기 때문이죠. 전류 또는 전압이 음수라는 것은 표시한 것과 반대 방향이라는 의미가 됩니다.
키르히호프의 법칙은 한 마디로 한다면 "원래 없던 것은 존재하지 않는다"입니다.

이 정도의 법칙을 염두에 둔다면 회로에서 전압과 전류를 이해하기 시작할 수 있습니다. 물론 더 깊이 들어간다면 맥스웰(James Clerk Maxwell) 선생님의 맥스웰 방정식(Maxwell's equations)까지 들먹거릴 수도 있겠으나, 여기에서 그만큼 깊이 들어갈 이유도 없고, 이것을 설명할 만한 자신도 없기 때문에 이 정도에서 마무리할까 합니다.

뜬금없이 갑자기 법칙이 나오고 수식이 나와서 당혹스럽지만, 이것을 다 외울 이유는 없습니다. 앞으로 포스팅이 계속되면서 우리는 이 법칙들을 지겹게 만나게 될 것이고, 외우지 않고 그 의미를 이해하는 법을 익힐 것입니다.