직렬 회로

교육과정: KS3, GCSE (Resistance), cycle 4, Sek I, AP2, IB B.5

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목표

직렬 회로에서 전류는 어디에서나 같고, 각 부분에 걸리는 전압과 저항은 더해진다는 것을 확인합니다.

실험 장치

9 V 전압원, 전류계, 100 Ω, 220 Ω, 470 Ω 저항이 직렬로 연결되어 있습니다. 각 저항 위에는 저마다 전압계가 하나씩 있습니다.

실험 방법

1. 전류계와 전압계 세 개의 측정값을 기록하세요.
2. 저항에 걸리는 전압을 모두 더하고, 그 합을 전압원의 전압과 비교하세요.
3. 저항마다 전류 \(I = U / R\)을 계산하고 전류계의 측정값과 비교하세요.
4. 전체 저항 \(R = (U_1 + U_2 + U_3) / I\)를 계산하고, 합 \(R_1 + R_2 + R_3\)과 비교하세요.
5. 전압원의 전압을 4.5 V로 낮추고 반복하세요.

예상 결과

전류는 약 11.4 mA입니다. 전압은 1.14 V, 2.50 V, 5.35 V이며, 그 합은 약 8.99 V로 전압원 전압의 거의 전부입니다. 세 저항 모두 \(U / R\)로 계산하면 똑같이 11.4 mA가 나옵니다. 전체 저항은 8.99 V / 11.4 mA ≈ 790 Ω으로, 합 100 + 220 + 470 Ω과 같습니다. 전압은 저항에 비례하여 나뉩니다. 4.5 V에서는 전압과 전류가 절반이 되지만, 그 비와 전체 저항은 그대로입니다.

질문

1. 어느 저항에 가장 큰 전압이 걸리며, 그 이유는 무엇입니까?
2. 100 Ω 저항 두 개를 직렬로 연결하면 전체 저항은 얼마입니까?

답

1. 470 Ω 저항이며, 약 5.35 V가 걸립니다. 세 저항 모두에 약 11.4 mA의 같은 전류가 흐르므로, \(U = I \cdot R\)에 따라 저항이 가장 큰 곳에 가장 큰 전압이 걸립니다.
2. 직렬연결에서는 저항이 더해집니다. \(R = R_1 + R_2\) = 100 + 100 = 200 Ω입니다.