전기1

누전

사람잡는 전기

말이 나온 김에 전류에 대한 수 감각을 키워봅시다. 30A가 얼마나 큰 숫자인지 감이 안 올 겁니다. 전기가 몸을 통과하는 것을 감전이라고 합니다. 정말 아픕니다. 죽을 수도 있습니다. 감전에 대해서 충분히 이해하지 못한 상태에서는 전기는 그냥 무조건 두려운 존재로 인식하십시오. 전기적인 힘은 전류의 양에 달려 있습니다. 1A는 1000mA와 같습니다. mA는 밀리암페어라고 읽습니다. 30A는 30,000mA와 같습니다. 30A가 얼마나 큰 숫자인지 감이 안오시죠? 신체에 전류가 흘렀을 때 어떤 일이 일어나는지 알면 감이 올 겁니다. 

신체로 1mA(0.001A)의 전류가 흐르면 찌릿함을 느낍니다. 8mA부터 참을 수 없는 고통을 느낍니다. 15mA부터는 근육이 제어되지 않아서 스스로 감전 상태에서 벗어날 수 없습니다. 50mA부터는 심장이 멈춥니다. 수 분 내에 사망합니다. 30A(30,000mA)는 50mA 보다 600배 큰 전기입니다. 전기가 이렇게 무섭습니다. 15mA를 꼭 기억하세요. 동시에 15mA 보다 많은 전류가 몸으로 절대로 흐르지 않도록 해야 합니다. 이를 위해서는 절연장갑을 착용해서 내 몸의 저항을 충분히 크게하거나, 전원의 전압을 충분히 작게해서 내 몸으로 15mA 보다 큰 전류가 흐르지 않게 해야 합니다. 

손으로 전선을 만졌을 때 어떤 일이 생기는지 생각해봅시다. 마른 손의 저항은 보통 1000~2000Ω 정도로 알려져 있습니다. 우리가 아는 것을 우선 정리해봅시다.

  • 전압 : 220V
  • 손의 저항 : 1000Ω

옴의 법칙에 따라서 전류를 구해봅시다.

I = V / R

220V / 1000Ω = 0.22A = 220mA

즉 220mA의 전류가 몸에 흐르게 됩니다. 사망에 이르게 하는 수치의 4.4배입니다. 즉 전선에 손을 대면 죽습니다! 

그런데 만약에 손에 물이 묻으면 어떻게 될까요? 순수한 물 자체는 전기가 통하지 않지만, 수돗물에는 다양한 성분이 포함되어 있어서 전기가 잘 통합니다. 자연스럽게 물이 묻으면 저항이 급격히 줄어듭니다. 예를 들어 물이 묻어서 손의 저항이 500Ω이 되었다면 아래와 같이 계산됩니다.

220V / 500Ω = 0.44A = 440mA

엄청나게 큰 전류입니다. 즉 저항이 작아지면 전류가 커지기 때문에 위험합니다. 이래서 물이 묻은 상태로 전자제품을 만지면 안 된다는 것입니다. 더 큰 전류가 흐르게 됩니다.

전기가 덜 통하는 절연장갑을 낀다면 저항이 높아지면서 훨씬 적은 전류가 흐르게 됩니다. 왜 물 묻은 손으로 전기를 다루면 안 되는지, 장갑을 끼고 전기 작업을 해야 하는지 알겠지요? 

사람 살리는 누전 차단기

 

누전 차단기를 보시면 정격감도 전류가 30mA라고 되어 있습니다. 이것은 손이 전기회로에 닿았을 때 30mA 이상의 전류가 흐르면 자동으로 차단된다는 뜻입니다. 누전차단기가 30mA에서 차단되는 이유를 알겠지요? 사람을 살리기 위해서입니다. 누전 차단기는 생명을 지키는 최후의 보루라는 사실을 잊지 마세요. 

그런데 이상하죠? 30A에서도 차단되고, 30mA에서도 차단된다고 하니 말입니다. 30mA는 누전 상황을 의미하는 것입니다. 누전은 전류가 어딘가로 새고 있다는 뜻입니다. 전선 안에는 전하가 이미 가득차 있는 상태라고 상상해주세요. 전압이 걸리면 전하를 밀어내는 힘이 생기면서 전선 안에 가득차 있는 전하가 전체적으로 움직이는 것입니다. 이 과정에서 전기적인 힘이 발생합니다. 전하는 사용하고나면 사라진다고 생각하기 쉽습니다만, 전하는 사라지지 않습니다. 전하를 움직이게 하는 힘인 전압이 약해지면서 전기적인 에너지가 약해지는 것입니다. 이렇게 전기회로를 통해서 흐르는 전류는 보존됩니다. 즉 나가는 전류 보다 다시 들어오는 전류의 양이 적다면 어딘가에서 전기가 새고 있는 것입니다. 이런 것을 누전이라고 합니다. 아래 그림은 누전이 되는 상황을 보여주고 있습니다.

 

 

회로를 손으로 만지면 신체를 통해서 전류의 일부가 땅으로 흘러갑니다. 지구는 거대한 음극이라고 할 수 있거든요. 이렇게 되면 전원으로 되돌아오는 전류의 양이 줄어듭니다. 이때 누전된 전기의 양이 30mA 이상이 되면 매우 빠른 속도로 전기가 차단됩니다.

바로 이런 이유 때문에 전기작업을 할 때는 장갑을 끼는 것입니다. 절연장화까지 신는다면 전기가 땅으로 흐르기 더욱 어려워지기 때문에 훨씬 안전합니다.

누전차단기가 얼마나 중요한 것인지 알겠지요? 아직도 누전차단기 테스트 버튼을 안 누른 분이 계신가요? 빨리 테스트해보고 오세요. 

그럼 가전제품 별로 사용하는 전류와 저항의 크기도 살펴볼까요?

가정에서 많이 사용하는 10W LED 전구는 약 0.045A(45mA)만큼의 전류를 사용합니다. 이 정도 전기로도 사람의 생명이 위험할 수 있습니다. 저항은 약 4800Ω입니다. 

저희 집에 1800W 헤어-드라이어는 약 8.1A(8100mA)만큼의 전류를 사용합니다. 헤어-드라이어가 전구보다 180배 많은 전류를 사용합니다. 헤어-드라이어는 무서운 기계입니다. 저항은 약 26Ω입니다. 

이렇게 제품마다 사용하는 전류의 양이 다릅니다. 전류에 의해서 전기의 힘이 달라진다는 것을 기억하세요. 또 강한 전기적 힘을 사용하는 제품일수록 저항이 작다는 것도 관심 있게 살펴보세요. 저항이 작아야 전류가 많이 흐르기 때문입니다.

전기에 대한 수감각

이론만큼 중요한 것이 경험입니다. 경험을 통해서 우리는 여러 가지 정보를 축적하게 됩니다. 그중에서 중요한 것이 숫자에 대한 감각을 키우는 것입니다. 주변에 전자제품을 잘 살펴보면 전기와 관련된 정보가 표기되어 있습니다. 이 정보를 자꾸 살펴봐야 합니다. 거기에는 전류, 전압, 전력과 같은 정보가 적혀있을 겁니다. 이 정보에 익숙해지면 처음 보는 제품도 그 제품이 어느정도의 힘을 필요로하는지 순식간에 파악할 수 있을겁니다. 동시에 이미 알고 있는 제품들에 대해서도 더 잘 이해하게 될 것입니다. 지식인이란 이 숫자를 촘촘하게 알고 있어서, 미지의 존재가 나타나도, 이미 알고 있는 것과의 비교를 통해서 낯선 것을 익숙하게, 익숙한 것은 낯설게 바라볼 수 있는 사람이 아니겠습니까? 

참여해주세요

아래에 전기제품의 전기사양을 모아봤습니다. 여기에 있는 정보를 따져보세요. 우리 수업이 끝나고 나면 대부분의 정보가 눈에 들어올 것입니다. 또 주변에 있는 가전제품의 사양을 촬영해서 업로드 해주세요. 업로드할 때 제품 일련번호와 촬영장소 등의 정보는 제거한 후에 올려주세요. 

 

 

전기에 대한 수감각 구글 포토 바로가기 (업로드 할 때는 구글 계정 필요)

 

 

 

 

 

댓글

댓글 본문
  1. 우엉이
    장갑은 당연히 끼는것이고 기왕이면 더 안전하게 장화까지 신는것임
    장갑이 완벽히 절연된다면 장화 없어도 됨
    그런데 세상일은 완벽하다고 장담을 못함
    그래서 안전빵으로 장화까지 신는것임

    반대로 장화가 완벽하게 절연된다면 맨손으로 전선 작업해도됨 하지만 발 이외의 어떠한 곳이라도 어느쪽이건 접촉하면 안됨 그런데 이것도 장담못함
    그래서 안전빵으로 둘다 하라는것임
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    • 우엉이
      100~220볼트 0.8암페어라고 써진 부분에 대해 설명 드리자면
      해당 어댑터는 0.8암패어까지의 입력 전류를 받아들일수 있다는겁니다
      14볼트로 나가는것은 출력 이구요

      그렇다면 220볼트 기준으로 0.8암페어니깐(국내 생산제품이니 220볼트 기준임) 어댑터의 입력부 저항은 275옴이 됩니다

      220볼트 일따 0.8암페어 까지니깐 220*0.8=176w가 어댑터의 최대 출력인듯 한데 위에 설명드린대로
      14볼트 *2.14암페어 = 약 30w가 어댑터의 최대출력입니다
      설계상 여유분 이라고 생각하시면 됩니다
      왜냐하면
      이 어댑터를 들고 100볼트 전압인 나라로 간다 생각해볼까요?
      어댑터 저항 275옴은 불변입니다 따라서 이때 전류는 100÷275=0.363636암페어이고 이때의 전력은 100*100÷275=36.36w입니다
      가까스로 어댑터 출력 전력이랑 비슷하게 되지요?
      이때문에 마진폭(여유분)을 크게 잡아놓은것입니다
      충분히 궁금증이 해결되셨고 지식이 업글되었을것이라 봄니다 ㅋㅋ
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      • 우엉이
        당신의 노트북 충전할때는 14볼트로 노트북 배터리에 가하고
        2.14암페어는 그때의 흐르는 전류라고 보면 됩니다
        (여기까지 읽으시고 머릿속에 기초적인 옴의 법칙이 들어있다면 '오 그럼 배터리의 저항은 14÷2.14=6.54옴인것인가?' 할텐데 아닙니다 계속 읽어 주세요)

        1. 220볼트(엄밀히 말하면 311볼트)의 초당 60번 +-가 바뀌는 전원이 어댑터로 들어옵니다
        2. 어댑터는 초당 60번의 전기의 +극과 -극을 정확한 타이밍에 바꿔줍니다
        (정확히는 전압이 0볼트가 되는순간 극을 바꿔주는 부품이 있음 그래서 50hz전원에서도 사용가능)
        3. 이제 어댑터 초입부의 전압은 0볼트~311볼트 사이를 1초에 120번 왔다갔다 합니다
        4. 이거를 이제 반도체회로가 수만hz의 주파수로 바꾸어서 지지고 볶습니다(지지고 볶는다라고 밖에 여기선 표현을 할수가 없네요 ㅠㅠ)
        5. 이 적절히 요리된 수만hz의 전기를 트랜스하여 전압을 14볼트로 맞춥니다
        6. 직류 14볼트로 맞춰진 전기를 또 자세히 보면 평균 전압은 14볼트가 맞는데 위아래로 조금씩 미세하고 아주 빠르게 전압이 요동칩니다(이게 적을수록 고급 전원장치이고 비쌈 그래서 파워부품이 컴퓨터 맞출때 가장 중요한 부품임) 이 전원 요동을 고조파라고 부르며 이것을 적절한 부품으로 제거합니다(도넛모양 금속부품에 전선을 감아놓은 모양의 부품)
        7. 자 이제 적절한 전압의 직류전원을 노트북배터리에 가할려고 합니다
        헌데 노트북 배터리의 내부저항은(당연히 배터리도 저항이 있습니다)
        1옴도 안됩니다(실제로는 0.몇옴 수준) 그래서 14볼트를 그대로 가하면 배터리가 1옴이라고 가정하면 배터리에 14암페어의 전류가 흘러 배터리는 펑 터집니다(엄청 비싼 특수목적의 배터리는 14암페어흘려도 꾸역꾸역 충전가능한게 있음)
        8. 이때 pwm(혹은 chopper제어) 방법을 사용합니다 14볼트를 계속 흘려주면 14암페어가 흐르니 이걸 7분의 1시간 만큼만 흘려주는겁니다 그러면 평균적으로 2암페어가 흐르겠죠?
        (1) 1초동안은 14볼트를 가하고 6초동안은 쉬고 → 이러면 그 1초도 충분히 위험합니다
        (2) 0.01초 동안은 가하고 0.06초 동안은 쉬고 → 이것도 부족합니다
        (3) 0.0001초 동안은 가하고 0.0006초 쉬고 → 이정도면 충분하군요
        9. 이런방식으로 당신의 노트북 배터리는 약 2암페어의 용량으로 충전이 되는겁니다
        10. 그리고 거의 모든 요즘 어댑터는 위의 pwm으로 전압을 가할때 즉시즉시 흐르는 전류를 감지해서 pwm간격을 조절합니다 따라서 14볼트 2암피어라고 표기된 어댑터가 있다면 그 어댑터에 7옴 이상의 저항을 물리면 pwm은 가동되지 않습니다(pwm안해도 이미 전류는 2암페어 이하로 흐름)

        요즘 나오는 거의 모든 어댑터는 다 위의 원리라 보시면 됩니다
        대화보기
        • 나소영
          sony블루투스 스피커

          입력 : 12.5V (2.5A)
          출력 : 5V (1.5A)
        • 이승훈
          200106 완료
        • 이예진
          항상 감사합니다!
        • 스탠드

          입력 : 100~240v 0.4A 50/60Hz
          출력 : 12v 1.5A
        • 북극곰
          191124 학습
        • 바람과 나무
          감사합니다.
        • Done
        • egoing
          어댑터는 전자기 유도 현상을 이용하고 있습니다.
          들어오는 전기가 나가는 전기로 줄어드는 것이 아니라,
          들어오는 전기로 생기는 자기장을 이용해서
          나가는 전기를 다시 발전하는 방식으로
          전기를 재생산하는 원리입니다.
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          • 김여사
            여기파트 다시봐야겠어요. 촘. 다시
          • 피터한
            저도 자세히는 모르는데 입력시에는 AC라고 되어 있고, 출력시에는 DC라고 되어 있는데 혹시 그거랑 관련이 있지는 않나 싶은데요. 저도 궁금한 사항이네요.
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            • 미오양
              노트북 어댑터
              입력 100-240V 1.5A 50-60HZ
              출력 19V =3.16A
            • 박찬숙
              감사합니다.
            • 윌리엄
              오늘 차를 공부하니 더 이상 옴의 법칙이 머나먼 추상적인 공식처럼 보이지 않아요!! 제 주변에 있는 모든 전자기기들의 이름모를 용어들이 눈에 들어오기 시작했어요...! 정말 감사합니다!

              한 가지 질문 드릴게 있어요! 제가 배운 바로, 누전은 전류보단 전압이 높을수록 위험하다는 걸로 배웠는데요. 많은 전류가 몸에 흐를 때보다, 적은 전류라도 빠르게 몸에 흐르는 게 더 위험한 이유가 뭔지 궁금해요.
            • jjh9205
              20191121완료
            • FriedPotato
              감사합니다 egoing님!
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              • FriedPotato
                아~ 감사합니다!!
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                • egoing
                  땅은 거대한 음극이기 때문에 전기가 몸을 통과해서 땅으로 흐르면 몸으로 전기가 흐르겠죠. 그걸 방지하기 위해서 장화를 신는 것으로 알고 있습니다.
                  대화보기
                  • 안녕
                    심장때문에 그래요 전기가 심장으로 흐르면 바로 죽을수도있기때문에 전류가 몸을 관통하지 않는게 중요하죠
                    대화보기
                    • 블루이구아나
                      완료
                    • 열심히공부하자
                      Notebook Adapter
                      입력 : 100~240v 1.5A 50/60Hz
                      출력 : 19v 4.74A
                    • 석주희
                      완료
                    • 정격입력 0.50A 50-60Hz
                      정격출력 DC 5.0V 1.67A
                    • FriedPotato
                      절연 장갑이 필요한거는 알겠습니다! 근데 왜 절연 장화까지 필요한건가요? 지구가 음극인게 이유인거 같은데 그게 어떠한 영향을 끼치죠?

                      감전된 전류가 땅까지 흐르는게 안좋을게 뭔지 모르겠어요.
                      발끝까지 영향을 미치는게 안좋아서 그런가요? ㅎㅎㅎ
                    • 젝죠
                      노트북 충전잭
                      입력:100~240v 50/60Hz 0.8A
                      출력: 14.0v 2.14A

                      충전 잭에 어마한 저항이 있어 입력 전압이 출력 전압으로 낮아 졌다는 것은 이해가 됨
                      그러나 2.14A로 전류가 늘어난건 이해가 안됨...멍미?
                    • Jinsu Kim
                      정확한 수치는 아니지만, 220V / 4800Ω ≒ 45mA, 220V / 26Ω ≒ 8100mA 이렇게 계산하면 되는 건가보네요,
                      뭔가 전기를 많이 쓸것 같은 제품은 저항(R)이 낮아, 큰 전류(A)가 흐르고 그래서 더 위험하다는...
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