전기저항 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
{{다른 뜻|저항|전기저항}}
{{전자기학}}
'''전기저항'''(電氣抵抗, {{lang|en|electrical resistance}})은 [[전기 전도체|도체]]에서 [[전류]]의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 [[물리량]]이다. [[국제단위계]] 단위는 [[옴 (단위)|옴]]이고 <math>\Omega</math>로 나타낸다.<ref>이돈응, 《무대음향(1)》, 교보문고, 2000년, {{ISBN|978-89-7085-320-8}}, 108쪽</ref> [[전기 회로]] 이론에서는 간단히 줄여 '''저항'''이라고 부른다. 반대로 전기를 얼마나 잘 흐르게 하는 지를 나타내는 물리량은 '''전기 전도도'''(電氣傳導度, electrical conductance)라고 하고 <math>\sigma</math>로 나타낸다. 전기 전도도는 전기저항의 역수이다.<ref name="김동영_24">김동영, 《반도체공학》, 한빛미디어, 2011년, {{ISBN|978-89-7914-896-1}}, 24</ref>

== 개요 ==
[[파일:Metal film resistor.jpg|섬네일|금속피막 [[저항기]]. 사진에 표시된 값은 6.5 <math>M \Omega</math>이다.]]
[[파일:Resistivity geometry.png|섬네일|일정한 비저항을 갖는 물체의 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다.]]
전기저항은 [[세기 성질과 크기 성질]]을 모두 보인다. 물질마다 서로 다른 값을 갖는 비저항은 전기저항의 세기 성질이고, 물질의 모양은 크기 성질이다. 전기저항의 [[비저항]](比抵抗, resistivity)<ref>저항률이라고도 한다. 특정 조건 아래서 물질이 갖는 고유 저항 성분을 말한다.</ref>은 물질에 따라 서로 다르다.

물체의 저항은 비저항이 클수록, 물체의 길이가 길수록, 단면적이 작을수록 커진다. 어떤 물질의 비저항을 <math>\rho</math>, 길이를 <math>L</math>, 단면적을 <math>A</math>라고 할 때 저항 <math>R</math>의 크기는 다음과 같은 관계를 보인다.<ref>홍순관, 《기초전자실험》, 한빛미디어, 2011년, {{ISBN|978-89-7914-895-4}}, 18쪽</ref>
:<math> R = \rho \frac{L}{A} </math>

전기 회로에서 저항은 [[전류]]의 흐름을 방해하여 [[전압 강하]]를 일으킨다.<ref>홍순관, 《기초전자실험》, 한빛미디어, 2011년, {{ISBN|978-89-7914-895-4}},169쪽</ref> 따라서 회로의 두 지점 사이의 저항 <math>R</math>은 [[전압]] <math>V</math>와 [[전류]] <math>I</math>의 비로 나타낼 수 있다.<ref>이태원, 《일러스트로 보는 기초전기전자》, 한진, 2013년, {{ISBN|978-89-8641-254-3}}, 53쪽</ref>
:<math> R = \frac{V}{I} \!</math>

한편, 회로의 전기 전도도는 비저항의 역수로 나타낼 수 있다.<ref name="김동영_24" />
:<math> \sigma = {1 \over \rho} </math>
: <math> \sigma </math> - 전기 전도도, <math>\rho</math> - 저항

== 비저항 ==
{{본문|비저항}}
{{참고|도체|부도체|반도체}}
비저항의 크기가 작아 전기를 잘 전달하는 물질을 [[전기 전도체|도체]], 비저항의 크기가 커서 전기를 잘 전달하지 못하는 물질을 [[부도체]]라고 한다. [[반도체]]는 주어진 조건에 따라 도체와 부도체의 특징을 모두 보일 수 있는 물질이다.<ref>신현식 김현주, 《정보통신공학개론》, 광문각, 2008년, {{ISBN|978-89-7093-463-1}}, 241-242쪽</ref>

잘 알려진 물질의 [[상온]] 비저항은 다음과 같다.<ref>[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Tables/rstiv.html Resistivity and Temperature Coefficient at 20 C]</ref>
{| class="wikitable"
|+ 물질의 상온 비저항
|-
! 물질 !! 비저항 <br / > (단위: <math>  \times 10^{-8} \Omega \cdot m</math>
|-
| [[은]] || 1.59
|-
| [[구리]] || 1.68
|-
| [[금]] || 2.44
|-
| [[알루미늄]] || 2.65
|-
| [[텅스텐]] || 5.6
|-
| [[니켈]] || 6.99
|-
| [[철]] || 9.71
|-
| [[백금]] || 10.6
|-
| [[납]] || 22
|}

=== 온도와의 관계 ===
물질의 비저항은 온도에 따라 달라진다. 온도에 따른 비저항 변화 비율을 저항온도계수라고 하고 일반적으로 <math>\alpha</math>로 나타낸다. 온도의 변화를 <math>\Delta t</math>라고 하면 상온 비저항 <math>R</math>에 대한 변화된 비저항 <math>R^{'}</math>는 다음과 같이 나타낼 수 있다.<ref>이시웅, 《건축 설비》, 광문각, 2007년, {{ISBN|978-89-7093-423-5}}, 551쪽</ref>
:<math> R^{'} = R + \alpha \cdot \Delta t </math>

전기회로에 사용되는 [[저항기]]의 저항온도계수는 1백만분의 1&nbsp;°C를 기준으로 하는 ppm/°C 로 나타낸다. 금속피막형 저항기의 경우 저항온도계수는 약 ±50 - ± 200 ppm/°C 정도이다.<ref>유석기, 《전기 전자 통신 기초실습》, 백티닷컴, 2008년, {{ISBN|978-89-9335-503-1}}, 35쪽</ref>

== 옴의 법칙 ==
{{본문|옴의 법칙}}
[[파일:FourIVcurves.svg|섬네일|500px|네 종류의 전기 회로 소자에서 나타나는 전류-전압 특성. 저항값이 큰 저항기, 저항값이 작은 저항기, [[다이오드]], [[전지]] ]]

독일의 물리학자 [[게오르크 옴]]이 발견한 [[옴의 법칙]]은 전류와 전압 사이에 일정한 비례 관계가 성립한다는 것을 나타내는 법칙이다.
:<math>I \propto V</math>
:<math>I</math>: 전류, <math>V</math>: 전압

옴은 전압과 전류의 이러한 비례 관계를 토대로 전기저항을 정의하고 다음과 같은 관계를 정리하였다.<ref>정완상, 《맥스웰이 들려주는 전기자기 이야기》, 자음과모음, 2005년, {{ISBN|89-5440-354-9}}, 55쪽</ref>
:<math> V = I R</math>
:<math>I</math>: 전류, <math>V</math>: 전압, <math>R</math>: 저항

== 온저항 ==
{{본문|온저항}}

[[전기 회로]]에서 [[직류]]와 달리 [[교류]]는 일정한 주기를 갖고 [[전압]]과 [[전류]]가 변화한다.<ref>Hayt, William (1989). Engineering Electromagnetics (5th ed.). McGraw-Hill. p. 312. {{ISBN|0-07-027406-1}}.</ref> 일반적으로 전압, 전류의 변화는 [[사인파]] 형태를 띈다.<ref name="최윤식">최윤식, 《기초 회로 이론》, 한빛미디어, 2011년, {{ISBN|978-89-7914-894-7}}, 320쪽</ref> 따라서 한 주기를 놓고 보았을 때 전체 전압 또는 전류의 총 변화량은 0 이 되어버린다. 그러나 실제 전기 회로가 하는 [[일 (물리)|일]]의 양은 0 이 아니므로 특정 순간의 전압과 전류의 양인 순시값과 일정 주기에서 실재 투여되는 [[실효값]]을 고려하여야 한다.<ref>이기영, 《대학물리학》, 한빛아카데미, 2011년, {{ISBN|978-89-7914-897-8}}, 477-478쪽</ref> [[온저항]]({{llang|en|Impedance|임피던스}})은 교류에 [[옴의 법칙]]을 적용하여 교류의 전류에 대한 전압의 비를 나타낸 것이다. 약어로는 <math>Z</math>가 쓰인다. 회로 이론에서는 영어인 임피던스로 표기되는 경우가 더 많다.<ref name="RFDH">[http://www.rfdh.com/bas_rf/imp.htm 임피던스], RFDH</ref>
:<math>Z = \frac{V}{I}</math>
:<math>Z</math>: 온저항, <math>I</math>: 전류, <math>V</math>: 전압

일반적인 공급 전원은 동상(同相, in phase)이므로 전압과 전류의 위상과 순간 변위는 같다고 간주하여 계산할 수 있다.<ref>교류에서 전압과 전류의 변화 주기가 같을 때 동상 관계에 있다고 한다 - Earl D. Gates, 강동욱 외 역, 《전기전자공학개론》, 홍릉과학출판사, 2003년, {{ISBN|89-7283-315-0}}, 143쪽</ref> 전기 회로가 저항 성분만을 갖는다면 전압과 전류의 위상변화는 없고 온저항 역시 전원의 실효 전압과 실효 전류로만 계산될 수 있다. 그러나, [[유도계수]]를 갖는 [[유도자]]나 [[전기용량]]을 갖는 [[축전기]]는 전류와 전압의 위상을 변화시킨다. 순수한 유도계수 회로나 전기용량 회로에서 전압과 전류는 90°의 위상차이를 보인다. 실재 모든 전기 회로는 저항 성분이 함께 나타나기 때문에 전압과 전류의 위상차는 0°와 90°사이의 어떠한 값이 된다.<ref>Earl D. Gates, 강동욱 외 역, 《전기전자공학개론》, 홍릉과학출판사, 2003년, {{ISBN|89-7283-315-0}}, 163쪽</ref>
[[파일:VI phase.svg|섬네일|가운데|300px|[[축전기]](위)와 [[유도자]](아래)의 전압 전류 위상 변화]]

교류 전기 회로에서 온저항은 전압과 전류의 위상차에 따른 변화를 반영하여 계산하게 된다. 위상차에 의해 발생하는 저항 성분의 [[변위]] 백터를 [[반응저항]]이라고 한다. 반응저항은 빛이나 열을 발생시키는 일을 하지는 않지만 전기 에너지의 일부를 흡수하거나 배출하는 역할을 하기 때문에 결과적으로 온저항의 값에 영향을 미친다.<ref name="RFDH" /> 따라서 교류 회로의 전기저항은 빛과 열을 발생시키며 [[전기 부하]]의 역할을 하는 실효저항과 유도자나 축전기 등의 위상 변화에 따라 발생하는 반응저항으로 구분될 수 있다. 실재 전기 부품은 유도자나 축전기 역시 스스로도 자체 저항값을 갖고 있기 때문에 순수한 유도계수나 전기용량에 부품 자체의 실효저항을 직렬 연결한 것으로 파악하는 [[등가회로]]를 이용하여 계산한다.<ref>전자기술연구회, 《초보의 전기전자교본》, 기문사, 1988년, {{ISBN|978-89-7723-038-5}}, 103쪽</ref>

전기용량에 의한 위상 변화는 전류가 전압보다 90° 앞서고, 순수 유도계수에 의한 위상 변화에서는 전류가 전압보다 90°뒤에 놓인다.<ref>Earl D. Gates, 강동욱 외 역, 《전기전자공학개론》, 홍릉과학출판사, 2003년, {{ISBN|89-7283-315-0}}, 164-166쪽</ref> 어느 경우든 전기회로에서 이러한 위상 변화는 결국 전류 진행 방향에 반대되는 기전력을 일으켜 전류의 흐름을 방해하게 된다. 이것이 빛과 열을 발생하지 않음에도 이들이 저항으로 분류되는 이유이다.<ref>이태원, 《일러스트로 보는 기초전기전자》, 한진, 2013년, {{ISBN|978-89-8641-254-3}}, 161-162, 177-178쪽</ref> 일반적으로 실효저항은 <math>R</math>, 유도반응저항은 <math>X_L</math>, 용량반응저항은 <math>X_C</math>로 표기한다.

유도반응저항 <math>X_L</math>과 용량반응저항 <math>X_C</math>는 다음과 같이 나타낼 수 있다.<ref name="김응묵">김응묵, 《전기이론》, 기문사, 1990년, {{ISBN|89-7723-034-9}}, 258쪽</ref>
:<math>X_L = 2 \pi f \cdot L = \omega L</math>
:<math>X_L</math>: 유도반응저항, <math>2 \pi f = \omega</math>: 주파수 성분에 따른 위상, <math>L</math>: 유도계수

:<math>X_C = \frac{1}{2 \pi f \cdot C} = \frac{1}{\omega C}</math>
:<math>X_C</math>: 용량반응저항, <math>2 \pi f = \omega</math>: 주파수 성분에 따른 위상, <math>C</math>: 전기용량

온저항은 실효저항과 반응저항의 [[제곱평균제곱근]]으로 나타낼 수 있다. 따라서 다음과 같이 계산한다.<ref name="김응묵" />
:(온저항)<sup>2</sup> = (실효저항)<sup>2</sup> + (반응저항)<sup>2</sup>
:: = (실효저항)<sup>2</sup> + (유도반응저항 - 용량반응저항)<sup>2</sup>

온저항을 <math>Z</math>라 하면,
:<math>Z = \sqrt{R^2 + ( X_L - X_C )^2}</math>

온저항은 반응저항의 위상 변화를 [[복소평면]]에 두어 계산할 수 있다. 이때 온저항은 다음과 같이 나타낸다.<ref>[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/impcom.html Use of Complex Impedance]</ref>
:<math>Z = R + j X</math> (<math>j</math>는 [[허수 단위]])
[[파일:Complex Impedance.svg|섬네일|가운데|250px|복소평면에 놓인 온저항. 실효저항이 실수축, 반응저항이 허수축에 놓이고 온저항은 이 둘의 백터로 표시된다.]]

온저항 백터를 나타내는 복소평면에서 허수축은 반응저항에 따른 위상 변화의 발생을 나타낸다. 반응저항이 0보다 크다는 것은 결과적으로 회로에서 측정하는 두 지점 사이에 흐르는 전류의 위상이 전압 위상의 변화보다 지연된다는 의미이고 0보다 작다면 그 반대를 뜻한다.<ref>鈴木 雅臣, 〈초보자를위한임피던스강좌〉, 《월간 전자기술》, 2004년 10월호, 65-74쪽</ref>

== 같이 보기 ==
{{위키공용분류}}
* [[고전 전자기학|전기 이론]]: [[옴의 법칙]], [[전력]], [[전압]], [[전류]]
* [[전기 회로]]: [[저항기]], [[축전기]], [[유도자]]

== 각주 ==
{{각주}}

{{전거 통제}}

[[분류:전기저항| ]]
[[분류:전자공학]]
[[분류:물리량]]
[[분류:전기]]