전압

전압(電壓) 또는 전위차(電位差)는 전기 또는 전자 회로에 있는 두 지점 간 전위의 차이로, 전기가 흐르게 하는 원인이다. 기전력(起電力)이라고도 한다. 단위는 볼트(V)이다.

개요

전기 회로와 같은 전기장에 존재하는 두 지점의 전위가 다를 때 전기가 흐르게 된다. 전압은 전기장의 전위에 의한 것으로 단일 전자에 적용되지는 않는다. 단일 전자를 다룰 때는 전자볼트를 단위로 사용한다. 전기장 E에 위치한 두 지점 a, b의 전압은 다음과 같이 수식으로 나타낼 수 있다.

$V_{a}-V_{b}=\int _{a}^{b}\mathbf {E} \cdot d\mathbf {l} .$

측정

전압은 두 지점이 갖는 전위에 대해 상대적인 물리량이기 때문에 하나의 지점만으로 전압을 측정할 수는 없다. 실제 측정에서 전압은 전기 회로 안의 두 지점을 측정하는 방식과 하나의 지점 만으로 측정하는 방식이 쓰인다. 하나의 지점 만으로 전압을 측정할 때의 비교 지점은 접지(ground)이며 이는 지구의 전위를 비교 대상으로 하는 것이다. 일상 생활에서 쓰이는 전기의 전압 표시는 지구의 전위를 0 으로 보았을 때 전달되는 전기의 전위차를 표시한 것이다.

전압의 측정에는 멀티미터가 쓰인다.

회로의 전압

전기 회로에 전기를 공급하기 위해 부여한 전압을 인가전압(印加電壓)이라 한다. 회로에 인가된 전압은 구스타프 키르히호프가 발견한 키르히호프의 전기회로 법칙에 의해 계산할 수 있다.

직류와 교류

직류는 화학적이거나 광화학적인 방법으로 일정한 전위차를 지속시키는 전지에 의해 연속적으로 공급을 받으므로 전압을 일정하게 유지한다. 그러나 교류는 발전기를 이용한 유도 전기로서 주기적으로 전압이 변화하기 때문에 평균 전압으로 나타낸다. 직류 전압은 DCV(Direct current Voltage), 교류전압은 ACV(Alternating current Voltage)로 표기한다.

교류의 평균 전압은 아래의 공식으로 계산할 수 있다.

$V_{avg}=.637\,V_{pk}={\frac {2}{\pi }}V_{pk}={\frac {\omega }{\pi }}\int _{0}^{\pi /\omega }V_{pk}\sin(\omega t-kx){\rm {d}}x\!\$

$V_{rms}=.707\,V_{pk}={\frac {1}{\sqrt {2}}}V_{pk}=V_{pk}{\sqrt {\langle \sin ^{2}(\omega t-kx)\rangle }}\!\$

$V_{pk}=0.5\,V_{ppk}\!\$

$V_{avg}=.319\,V_{ppk}\!\$

$V_{rms}=.354\,V_{ppk}={\frac {1}{2{\sqrt {2}}}}V_{ppk}\!\$

$V_{avg}=0.900\,V_{rms}={\frac {2{\sqrt {2}}}{\pi }}V_{rms}\!\$

여기서

V_pk=최고점 전압(peak voltage),

V_ppk=최고점간 전압(peak-to-peak voltage),

V_avg=1/2 주기 평균전압(average voltage over a half-cycle),

V_rms=유효 전압(effective voltage),

$V_{pk}\sin(\omega t-kx)$, 전체 주기 내의 특정 시간 t의 전압, 즉 $T=2\pi /\omega$에서의 각(角) 전압.

전기 이론

전압은 전기의 다른 단위들과 다음과 같은 관계를 갖는다.

직류

$V={\sqrt {PR}}$

$V={\frac {P}{I}}$

$R={\frac {V}{I}}$

• V:전압, P:전력, I:전류, R:저항

교류

$V={\frac {P}{I\cos \phi }}$

$V={\frac {\sqrt {PZ}}{\sqrt {\cos \phi }}}\!\$

$V={\frac {IR}{\cos \phi }}$

• V=전압, I=전류, R=저항, P=참 전력, Z=임피던스, φ=I,V 간의 위상각

관련 항목

• 볼트
• 전기, 전류
• 전기저항
• 전력