회로이론 - power, energy

회로에서 기본적인 저항, 전압, 전류의 개념을 알아봤으니 이제 power와 energy에 대해서 정리합시다.

 

 

 

기본적으로 power는 단위 시간당 어느정도의 일을 하냐입니다 기초물리학을 알고 있다면 어렵지 않을 것입니다.

 

수식으로 표현하면 P= dw/dt 으로 전력을 얻을수 있습니다

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이 식을 자세히 보자면 P = dw/dt = (dw/dq)(dq/dt)= v i 로 바꿀수 있습니다

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이러한 전력을 소자의 관점에서 보겠습니다. 예를 들어 저항이라 해봅시다.

 

 

 

이러한 소자가 있을때 어떻게 전력(power)을 계산할까요? 첫번째 소자는 양단에 3V가 걸리고 2A가 흐른다면 p=vi에 따라서

 p = -6W(와트)가 됩니다

 

두번째 소자는  p= -4W를 받는다고 해야 됩니다

 

왜 전력 앞에 마이너스가 붙을까요 ? 기본적으로 전력은 전류의 방향과 전압이 매치가 되어야만 합니다. 그러나 위 그림의 경우는 매치가 되어있지 못하고 있습니다.

 

매치가 되어있을 경우 power received 또는 power absorbed 로 전력을 받는경우 즉 전력을 쓰는 경우에 해당하지만 2번째 후자의 경우 전력을 공급받는 경우가 되겠습니다 (power supplied)

 

즉, 정리를 하면 전류가 흐르는 방향과 전압이 일치하면 해당 소자는 전력을 소비하는 경우입니다. 

반대로 전류가 흐르는 방향과 전압이 일치하지 않는다면 해당 소자는 전력을 공급받는 것이죠.

 

 

위식 P= dw/dt 을 변형을 가해 적분식으로 고쳐서 보겠습니다

dw =p dt

​w = ∫p dt

이식을 통해서 우리는 일의 양을 구할수가 있죠

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이런 전력을 통해서 우리는 회로가 맞게 구성됬는지 틀렸는지 알수가 있습니다

 

​기본적인 폐회로 내에서 전력을 모두 구해서 합치면 0 이 나와야 되는 것이지요.

(기본 폐회로 내에서도 에너지 보존법칙이 성립해야되기 때문)

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이렇게 회로가 틀렸나 맞았나 확인하는 방법은 여러가지가 더 있습니다. 

 

여기서는 가장 기본적인 KCL ,KVL에 대해서 설명하고자 합니다

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KCL(kirchohoff's current law)

이법칙은 전류에 관한식으로 하나의 node를 기준으로 들어오는 전류와 나가는 전류의 양이 같다는 이론입니다

 

KVL(kirchhoff's voltage law)

이법칙은 하나의 폐회로 내에서 전압의 강하관점에서 모든 접압의 합이 0이 된다는 법칙입니다

 

이런 법칙은 가장 기본적인 회로 해석법이므로 필수적으로 알아놔야 됩니다. 좀더 진행하면서 이 내용은 차근차근 적용할 수 있을 것입니다.