Understanding Signal - 4. Power / Voltage / Current

사실 이 이야기는 가장 먼저 다뤘어야 하지 않았을까 싶지만, 뒤늦게나마 이야기를 해보고자한다. 전압, 전류, 전력의 관계와 전자기기의 동작 원리를 아직 이해하기 어려워하는 분들에게 도움이 되었으면 한다.

필자는 전기·전자 분야를 공부하면 할수록, 지금껏 배워온 개념과 실제 동작 방식이 다르게 느껴져 혼란이 오곤 했다. 그래서 ‘도대체 어떻게 이해해야 할까’ 고민이 많았는데, 많은 사람들이 전류를 물의 흐름에 비유해 설명하는 이유를 이제야 실감한다. 

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1. Power / Voltage / Current

 

필자는 물레방아를 돌리는 것으로 이를 비유해보고자 한다. 

• 물레방아 → 전자기기
• 물레방아가 돌아가는 힘 → 전력 (Power)
• 흐르는 물의 수압 → 전압 (Voltage)
• 흐르는 물줄기의 크기 → 전류 (Current)
• 물줄기의 너비 → 저항 (Resistance)

 

예를 들어, 물레방아를 같은 속도로 돌리기 위해 20의 힘(전력)이 필요하다고 가정해보자. 이때 5의 수압(전압)과 4의 물줄기(전류)가 만나면 전력은 5 × 4 = 20 이 되어 요구하는 힘을 만들어낼 수 있다.

반면, 만약 10의 수압과 2의 물줄기를 사용하면 전력은 10 × 2 = 20 으로 동일하게 요구하는 힘을 만들 수 있다. 이때는 물줄기의 너비가 상대적으로 적으므로, 물줄기의 너비를 결정하는 나무판(저항 수준)은 좁게 설정되어있을 것이다.(저항이 높다는 것)

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2. 정격 입력

 

자, 그렇다면 전압이나 전류가 얼마던 단순히 정격 전력만 맞춰주면 되는 것일까? 실제 기기의 동작을 보면 상황은 그렇지 않다. 고전압을 사용하면 스파크가 발생해 장비가 망가지고, 고전류를 흘리면 과도한 열이 발생해 문제가 생긴다는 이야기를 들어봤을 것이다.

예를 들어, 전원이 10의 수압(전압)과 2의 물줄기(전류)를 공급한다고 가정해보자. 이렇게 되면 전력은 10 × 2 = 20이 되어 물레방아(전자기기)를 돌릴 수 있는 충분한 힘이 제공된다. 그러나 이 경우, 수압이 매우 강하므로 마치 워터젯처럼 작동하여 물레방아가 회전하기도 전에 부품에 과도한 스트레스가 가해져 파손될 위험이 있다.

반대로, 만약 전원이 1의 수압과 10의 물줄기를 공급한다면 전력은 여전히 1 × 10 = 10이 될지라도, 수압이 지나치게 약해진다. 이때는 같은 시간 동안 나오는 물의 총량(전력)은 동일하지만, 수압이 부족해 물레방아를 돌릴 충분한 힘이 전달되지 않아 결국 운동이 일어나지 않게 된다. 또한 도선이나 회로 내에서의 저항에 의해 발열이 커지기 때문에, "소비되지 않은 전류는 마찰열로 손실된다"

이처럼 단순히 ‘전력’만 일치한다고 해서 기기가 정상적으로 작동하는 것은 아니다. 전압과 전류라는 두 요소의 조합이 장치의 안전성과 효율에 큰 영향을 미치기 때문에, 적절한 전압과 전류의 균형을 이루는 것이 필수적이다. 이는 흔히 전자기기에서 정격입력으로 표시되어 있다.