B.5 · 전류와 회로

이 핸드아웃은 2025년 최초 평가 과정에서 다뤄지는 HL 과목 중 선별된 주제들을 포함하며, 전체 커리큘럼은 아닙니다.

선행 학습: 명시된 양과 단위를 읽고, 산술 및 아래 모델 조건을 사용하십시오.

예제들은 원작이며 가상의 것입니다: 실제 측정값이나 실제 학생 조사 결과가 아닙니다.

이 관측을 설명할 수 있는 것은 무엇인가?

• 회로에서 램프를 직렬로 연결하면 다른 램프를 추가할 때 밝기가 줄어듭니다. 전류와 에너지 전달은 단일 램프뿐만 아니라 전체 회로에 따라 결정됩니다.

모델을 구축하시오

• 전류는 단위 시간당 흐르는 전하량입니다.
• 전위차는 단위 전하당 전달되는 에너지입니다.
• 저항은 특정 작동 지점에서 전위차를 전류로 나눈 값입니다.
• 전류: 전하의 흐름 속도입니다.
• 전위차: 단위 전하당 전달된 에너지입니다.

이를 검증할 수 있는 증거를 선택하시오

• 직렬 회로의 소자를 통과하는 전류는 모두 같습니다.
• 직렬 경로에서 각 소자 간의 전위차는 합해집니다.
• 병렬 회로에서는 가지회로 간에 동일한 전위차가 적용되며, 분기 전류는 접합점(지점)에서 합해집니다.

실험실: 아머터를 직렬로 연결하고 볼트미터를 병렬로 연결하십시오. I-V 특성 조사 시에는 전압을 단계별로 변화시키고, 적절할 때 극성을 반대로 하며, 발열을 줄이기 위해 전류를 제한하십시오.

알려진 양으로부터 시작하시오

• 주어진 조건: 한 저항기에 6.0 V의 전위차가 걸리고, 0.30 A의 전류가 흐릅니다.
• R = V/I 공식을 사용하십시오.
• R = 6.0/0.30 = 20 Ω입니다.
• 전력 = VI
• 전력 = 6.0×0.30 = 1.8 W입니다.
• 이 물리량들은 동일한 작동 지점을 설명합니다.

여러분도 해보세요: 한 소자에 12 V의 전위차가 걸리고, 0.40 A의 전류가 흐릅니다. 저항을 구하십시오.

결론과 그 한계를 확인하시오

• 전류는 램프를 통해 소모되지 않습니다.
• 필라멘트가 가열되므로, 전압이 변할 때 저항이 일정하게 유지될 필요는 없습니다.

틀린 설명: 전구에는 전하가 지나갈 때 전류가 소모됩니다. 전류는 전하의 흐름이며, 전하는 보존됩니다: 동일한 전류가 전구에 들어오고 나갑니다. 전구는 전하로부터 에너지를 받아 열과 빛으로 변환할 뿐, 전하 자체를 소비하지 않습니다.

핵심:

• 전류는 단위 시간당 흐르는 전하량입니다.
• 직렬 회로의 소자를 통과하는 전류는 모두 같습니다.
• 확인 사항: 전류는 전구에서 소모되지 않습니다.

36 옴의 저항에서 시작하여 작성

• 이 소자의 양단에 9 V의 전압이 걸려 있으며, 흐르는 전류는 0.25 A입니다.
• 저항과 소비 전력을 구하십시오. 램프는 전류를 소모하지 않습니다(전하 보존).

2.25 와트의 전력에서 시작하여 작성

• 이 소자의 양단에 9 V의 전압이 걸려 있으며, 흐르는 전류는 0.25 A입니다.
• P = VI = 2.25 W, I²R(R = 36 옴)로 검증: 0.0625 × 36 = 2.25 W — 두 가지 경로, 하나의 정답.

직렬-병렬 분할에서 시작하여 작성

• 두 개의 12 옴 저항기: 직렬일 때 24 옴, 병렬일 때 6 옴.
• 직류는 하나의 전류를 두 저항기를 통해 흐르게 하며, 병류는 이를 나눈다. 동일한 쌍이지만 저항은 네 가지로 달라진다.