직렬은 전구가 점점 어두워지고 한 개라도 끊기면 전체가 끊긴다. 병렬은 각 전구가 일정한 밝기를 유지하고, 한 가지가 끊겨도 나머지는 그대로 켜진다. 그래서 가정용 전기 배선은 모두 병렬연결로 되어 있다.
01 · 직렬연결과 병렬연결
전구 두 개를 어떻게 연결할까
한 줄로 이으면 직렬, 옆으로 갈래갈래 나누면 병렬.
직렬연결
전체 저항 = R₁ + R₂ · 전류는 어디서나 같음 · 전압은 저항 크기에 비례해 분배
병렬연결
1/전체 저항 = 1/R₁ + 1/R₂ · 전압은 각 가지에서 같음 · 전류는 저항 작은 쪽으로 더 많이
● 직렬·병렬 회로 시뮬레이션 — 전구를 끊어 보자
우리 집의 가전제품 소비 전력
| 가전제품 | 소비 전력 | 비고 / 하루 1시간 사용 시 kWh |
|---|---|---|
| LED 전구 | 10 W | 0.01 kWh — 백열등의 1/6 에너지 |
| 스마트폰 충전기 | 10 W | 0.01 kWh — 충전 시간만 흐름 |
| 노트북 | 50 W | 0.05 kWh |
| 형광등 | 30 W | 0.03 kWh |
| 선풍기 | 50 W | 0.05 kWh — 여름철 핵심 |
| 냉장고 | 150 W | 0.15 kWh × 24h = 3.6 kWh/일 |
| TV 55인치 | 120 W | 0.12 kWh |
| 세탁기 | 500 W | 0.5 kWh × 1시간 |
| 전자레인지 | 1,000 W | 1.0 kWh — 짧은 사용 |
| 에어컨 | 1,500 W | 1.5 kWh × 8h = 12 kWh/일 |
| 전기 주전자 | 2,000 W | 2 kWh — 짧지만 강력 |
| 전기차 급속 충전 | 50,000 W | 50 kWh — 한 시간 충전으로 ~300 km |
📌 전기 요금 계산 · kWh × 단가(가정용 약 80~280원, 누진제). 한 달 전기 요금이 비싼 가전: 에어컨·냉장고·전기 주전자 순.
POWER GRID · 송전
송전탑 — 도시까지 전기를 보내는 방법
발전소에서 만든 전기를 멀리 도시까지 보내려면 고압 송전선을 통해야 한다. 사진은 750 kV(가정 전압 220V의 3,400배) 초고압 송전탑.
왜 그렇게 높은 전압을 쓸까? 송전 손실은 전류의 제곱에 비례(I²R). 같은 전력을 전압을 높이면 전류가 작아져 손실이 줄기 때문. 가정 가까이 와서야 변압기로 220 V로 낮춘다.
© Wikimedia Commons · CC BY-SA
02 · 전기 에너지와 소비 전력
전기는 어떤 일을 했을까
전기 에너지는 전압 × 전류 × 시간으로 계산한다. 1초 동안의 전기 에너지를 소비 전력이라 한다.
ELECTRIC ENERGY
E = V × I × t
단위: J (줄) · 1 kWh = 3,600,000 J
POWER
P = V × I
소비 전력의 단위: W (와트) · 1 W = 1 J/s
전기 요금 고지서에 적힌 'kWh'는 1000 W의 전기 기구를 1시간 사용했을 때 쓴 에너지 양이다. 60 W 백열등을 10시간 켜면 0.6 kWh다.
전기 기구의 정격 전압·정격 전력이 표시되어 있는데, 이를 넘어서는 전압을 걸면 과열되어 망가질 수 있다.
⚡
전압 V
V (볼트)
전류를 흐르게 함
⇆
전류 I
A (암페어)
단위 시간당 전하량
⏱
시간 t
s (초) or h (시)
사용한 시간
형성평가
맞춘 문제 0/ 3
Q1
직렬연결된 두 저항 R₁ = 4 Ω, R₂ = 6 Ω의 전체 저항은?
해설 · 직렬: R = R₁ + R₂ = 4 + 6 = 10 Ω.
Q2
병렬연결의 가장 큰 특징은?
해설 · 병렬연결은 가지가 여러 갈래로 나뉘므로 한 가지가 끊겨도 다른 가지로 전류가 흐른다. 가정용 전기 배선이 이렇게 된 이유.
Q3
220 V · 1100 W의 전기 주전자를 30분 동안 사용했을 때 전기 에너지(kWh)는?
해설 · E = P × t = 1.1 kW × 0.5 h = 0.55 kWh.
핵심 정리
직렬연결
R = R₁ + R₂
전류 일정, 전압 분배, 한 개 끊기면 전부
병렬연결
1/R = 1/R₁ + 1/R₂
전압 일정, 전류 나뉨, 가정용 배선
전기 에너지
E = VIt
단위 J, 실생활은 kWh
소비 전력
P = VI
단위 W = J/s