전류(electric current)에 대한 이해

전류(electric current)는 전자로 대표되는 하전입자의 이동에 따른 전하의 이동(전기전도)의 수 및 그 물리량으로 어떤 면을 단위 시간에 통과하는 전하의 양이다.

전류의 전하를 담당하고 있는 것은 전자와 양성자이다. 전선 등의 전기전도체에서는 전자이고, 전해액에서는 이온(전자가 과부족한 입자)이며, 플라즈마에서는 둘 다 포함된다.

국제단위계(SI)에서 전류의 크기를 나타내는 단위는 암페어이며, 단위 기호는 A이다. 1암페어의 전류로 1초 동안에 옮겨지는 전하가 1쿨롱이 된다. SI에서 전하의 단위가 전류와 시간의 단위로 구성하는 이유는 전하보다 전류의 측정이 더 용이하기 때문이다. 전류는 전류계를 사용하여 측정한다. 수식 중에서 전류량을 나타내는 경우에는 I로 표현한다.

좁은 의미로는 전위차이에 기인한 하전입자의 흐름을 말한다. 여기에는 전자유도에 의해 발생하는 유도전류도 포함된다.

시간적으로 흐르는 방향이 변하지 않는 전류는 직류전류라고 부르며, 시간이 지남에 따라 흐름의 방향이 바뀌는 전류를 교류전류라고 부른다. 교류전류의 값을 나타내는 방법으로는 일반적으로 실효값이 사용된다.

정의에 따르면, 전자의 흐르는 방향과 규정상의 전류가 흐르는 방향은 반대이다. conventional notation of electric current and the flow of electrons https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Current_notation.svg#mw-jump-to-license

 

회로도에 사용되는 전지의 기호. Symbol of battery https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Battery_symbol2.svg#mw-jump-to-license

전류의 방향은 양의 전하가 흐르는 방향으로 정의되어 있다. 이 정의는 전류가 개념적 존재로 취급되고 전류의 실체가 밝혀지지 않은 무렵에 정해진 것으로, 언제, 누구에 의해 정해졌는지에 대해서는 알려져 있지 않다. 또한 전선 등 금속도체에 흐르는 전류의 실체는 전자의 이동이기 때문에 정의상의 전류는 공상적이다.

전선 등의 금속도체에 흐르는 전류처럼 많은 경우에서 전류를 구성하는 하전입자는 전자이지만, 전자의 흐름은 전류와 반대방향이어서 개념에 준거한 정의에 반하는 것이다. 따라서 음의 전하를 띠는 전자가 흐르는 방향은 정의상 전류의 방향과 반대된다. 이것은 도전현상의 연구가 18세기 말부터 진행되었던 반면, 전자의 세부사항이 알려지게 된 것이 19세기 말부터 20세기 초까지의 발견이었기 때문에 이 전류의 방향정의를 반전하는 데 따른 혼란을 피하기 위해 지금도 실태에 반하는 정의를 사용하고 있다.

규정상의 정의

양의 전하는 전류와 같은 방향으로 흐르지만, 음의 전하는 반대방향으로 흐른다. 본래 전류는 직류에서는 양 또는 음의 전하의 흐름이고, 교류에서는 양과 음 모두 흐르지만 전류가 흐르는 방향을 그 전하 운반자가 흐르는 방향과는 독립적으로 정의할 필요가 있었다. 따라서 규정상 전류의 방향은 양의 전하가 흐르는 방향으로 정의되어 있다.

전기회로의 도체부분의 대부분은 금속이며, 양의 전하는 금속 내에서 이동할 수 없고 음의 전하를 가진 전자만이 흐른다. 전자는 음의 전하를 가지고 있으므로 금속도체에서 전자의 흐르는 방향은 규정상의 전류가 흐르는 방향과는 반대된다.

안전성

전류가 인체의 근처에서 취급하는 경우에는 감전의 위험이 있다. 낙뢰나 전철 가선에 접촉하면 고전압과 대전류로 인해 화상을 입는다. 심장과 뇌에 흐른 경우에는 화상과는 별도로 심장마비 등의 기능부전을 초래할 수 있다. 특히 주파수가 심장박동이나 뇌파에 가까운 조건의 교류전원은 저전압에도 위험하게 된다.

감전에 의해 인체에 미치는 피해의 정도는 접촉한 부위나 접촉부의 표면적과 젖은 상태, 전압 / 전류 및 주파수 등에 달려 있다. 일반 가정의 전원은 마른 상태에서 순간 만지는 정도라면 접촉한 부위에 저림을 느끼는 정도이지만, 변압기를 사용하는 경우나 물을 사용하는 장소에서는 주의가 필요하다.

또한 감전과는 별도로 전류에 의해 발생하는 열의 위험도 있다. 송전선에 과부하가 걸리면 고열이 발생하여 화재의 원인이 될 수 있다. 작은 버튼전지와 금속동전을 함께 주머니에 넣어 두면 접촉에 의해 전류가 생겨 발화할 수 있다. 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 충전지, 리튬 전지는 특히 내부저항이 작기 때문에 취급에 주의가 필요하다.

송전 손실

먼 곳의 발전소에서 전기에너지를 소비하는 장소로 전달하기까지 송전선이나 배전선 저항에 따라 일부 전기에너지가 줄열로써 소비되어 에너지 손실이 일어난다. 이 손실은 전류의 양의 제곱에 비례하여 증가하기 때문에 송전 측에서 변압기로 전압을 높임으로써 전류의 양을 줄이고 송전 도중의 손실을 줄이도록 노력하고 있다. 송전망과 배전망에서 소비자에게 접근함에 따라 변압기에서 전압을 단계적으로 떨어뜨린다. 변압기에 의해 쉽게 전압을 올리고 있어서 현재는 대부분의 송전은 교류전류가 사용되고 있다. 송전손실(송배전 손실)율의 감소는 발전전력량의 감소에 의한 발전용 에너지 자원의 절약에 기여한다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 電流
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%B5%81#cite_ref-1