직렬 및 병렬 회로의 전류 실험실 가이드

개요

전하의 흐름은 엄격한 보존 법칙을 따릅니다. 직렬 회로에서는 전류가 흐르는 경로가 하나뿐이지만, 병렬 회로에서는 전류가 여러 경로로 나뉩니다. 이 실험은 실시간 시뮬레이션과 데이터 비교를 통해 직렬 및 병렬 회로의 전류 규칙을 발견하는 데 도움을 줄 것입니다.

배경 지식

• 볼타 전지: 1800년, 볼타는 전지를 발명하여 안정적인 전류 연구를 가능하게 했습니다.
• 키르히호프의 법칙: 1845년, 구스타프 키르히호프는 노드 전류와 루프 전압의 보존 관계를 엄격하게 설명하는 회로 법칙을 제안했습니다.
• 전화(Electrification) 시대: 에디슨은 처음에 직류(DC) 네트워크(병렬 부하에 중점)를 추진했지만, 테슬라는 교류(AC)를 추진하여 결국 현대 전력 시스템의 기초를 마련했습니다.

핵심 개념

공식 및 유도

실험 단계

1. 1

   직렬 전류 관찰

   제어판에서 "직렬 회로"를 선택합니다. $R_1=10\Omega$, $R_2=20\Omega$로 설정하고 스위치를 닫습니다. 전류계 $I$, $I_1$, $I_2$의 눈금을 관찰합니다. 저항이 달라도 전류는 완전히 동일합니까?
2. 2

   병렬 회로로 전환

   회로를 "병렬 회로"로 전환합니다. 회로도에서 전류가 어떻게 나뉘는지 관찰합니다. 주 전류와 분기 전류 사이의 관계는 무엇입니까?
3. 3

   병렬 전류 분배 탐구

   병렬 모드에서 $R_1=10\Omega$를 일정하게 유지하고 $R_2$의 저항을 높여 봅니다. $I_1$과 $I_2$의 변화를 관찰합니다. 분기 저항이 클수록 받는 전류는 더 ____?
4. 4

   총 전류 공식 확인

   특정 시점의 $I_1$과 $I_2$ 눈금을 기록하고 그 합이 총 전류 $I_{total}$과 같은지 계산합니다. 전원 전압을 변경하여 이 규칙이 여전히 성립하는지 확인해 보십시오.

학습 목표

• 직렬 및 병렬 회로의 구조적 특징을 구별하는 방법을 배웁니다.
• 직렬 회로에서 전류가 어디에서나 동일하다는 규칙을 실험적으로 확인합니다.
• 병렬 회로에서 주 전류가 분기 전류의 합과 같다는 규칙을 실험적으로 확인합니다.
• 병렬 회로의 전류 분배에 대한 저항의 영향을 이해합니다: 저항이 클수록 전류는 작아집니다.

실제 적용

• 가정용 회로: 소켓과 조명은 주로 병렬로 연결되어 있어 조명 하나가 고장 나도 다른 조명은 계속 켜져 있고, 각 장치는 주 전원에서 전류를 끌어올 수 있습니다.
• 장식용 조명: 구식 문자열 조명은 직렬 연결을 사용하여 전구 하나가 고장 나면 전체 문자열이 꺼졌습니다.
• 자동차 대시보드: 다양한 센서와 표시기는 서로 간섭하지 않도록 병렬로 연결되어 있습니다.

일반적인 오해

추가 읽을거리

• 위키백과 - 직렬 및 병렬 회로