직류와 교류의 차이에서 전기는 도선 속의 전자가 움직이는 것이라고 배웠습니다. 그런데 전선이 아무리 좋아도 전자는 아무 방해 없이 흐르지 못합니다. 이 방해하는 정도가 저항입니다. 저항은 전기를 낭비하는 골칫거리처럼 보이지만, 전자기기 안에서는 전류가 흐르는 양을 알맞게 조절(제어)하려고 일부러 넣는 꼭 필요한 부품이기도 합니다.
이 편은 저항이 무엇인지 → 전선 속에서 왜 생기는지 → 전자기기에서 왜 필요한지 순서로 이해하는 데 집중합니다. 숫자로 계산하는 공식(옴의 법칙, 전력)은 기초수학의 전기/회로 공식 편을 참고하세요. 이어지는 축전기·코일과 교류의 만남 편에서는 저항과 전혀 다른 방식으로 전류를 방해하는 두 부품을 다룹니다.
전기 저항은 재료가 전류의 흐름을 방해하는 정도입니다. 저항이 클수록 전류가 흐르기 어렵고, 작을수록 쉽게 흐릅니다. 단위는 옴(Ω)이며, 이 관계를 처음 밝힌 독일 과학자 게오르크 옴의 이름에서 왔습니다. 물이 흐르는 관에 비유하면 좁고 긴 관일수록 물이 덜 흐르는 것과 같습니다(전기/회로 공식 ①).
| 구분 | 재료 예 | 저항 | 전자의 상태 | 쓰임 |
|---|---|---|---|---|
| 도체 | 은, 구리, 금, 알루미늄 | 매우 작음 | 자유롭게 움직이는 전자(자유전자)가 많음 | 전선, 안테나 |
| 반도체 | 실리콘, 저마늄 | 조건에 따라 변함 | 온도·빛·전압에 따라 움직이는 전자 수가 달라짐 | 트랜지스터, LED, 칩 |
| 절연체 | 고무, 유리, 플라스틱, 종이, 나무 | 매우 큼 | 전자가 원자에 단단히 묶여 있음 | 전선 피복, 감전 방지 |
원자의 구조와 전자가 묶이는 방식은 원자의 구조와 주기율표, 전자가 움직여 전기가 되는 과정은 전기발생 원리 편에 있습니다.
금속은 제자리에 줄지어 있는 원자와 그 사이를 돌아다니는 자유전자로 이루어져 있습니다. 전원을 연결하면 전자는 전기장에 밀려 한쪽으로 가속됩니다. 그러나 가는 길에는 원자가 빽빽하게 있어서 전자는 원자와 부딪혀 방향이 흐트러지고 속도를 잃습니다. 그러면 다시 가속되고 또 부딪히기를 반복하면서, 전체적으로는 천천히 한쪽으로 흘러가는 모습이 됩니다. 이 충돌이 곧 저항의 정체입니다.
파란 점이 전자, 회색 원이 금속 원자이고, 전자가 원자에 부딪히면 주황색 원이 번쩍입니다. 재료·온도·굵기·길이를 바꾸며 저항이 어떻게 달라지는지 보세요.
| 요인 | 저항은? | 이유 | 생활 속 예 |
|---|---|---|---|
| 재료 | 재료마다 다름 | 자유전자의 수와 원자가 붙잡는 정도가 다름 | 은·구리는 작고, 니크롬은 큼 |
| 길이 | 길수록 큼 | 전자가 부딪힐 원자가 많아짐 | 긴 멀티탭 연장선은 전압이 조금 떨어짐 |
| 굵기(단면적) | 굵을수록 작음 | 전자가 지나갈 통로가 넓어짐 | 에어컨 전선이 스탠드 전선보다 굵음 |
| 온도 | 대부분의 금속은 높을수록 큼 | 원자가 세게 흔들려 충돌이 잦아짐 | 켠 전구 필라멘트는 꺼졌을 때보다 저항이 훨씬 큼 |
| 재료 | 은 | 구리 | 금 | 알루미늄 | 니크롬 |
|---|---|---|---|---|---|
| 상대 저항 | 약 0.95 | 1 | 약 1.5 | 약 1.7 | 약 65 |
| 특징 | 가장 낮지만 비쌈 | 값싸고 저항 낮음 → 전선의 표준 | 부식에 강해 작은 접점에 | 가벼워 장거리 송전선에 | 열을 내는 히터선 |
전선이 굵고 짧을수록 좋지만 굵으면 무겁고 비쌉니다. 그래서 흐르는 전류가 클수록 굵은 전선을 쓰는 식으로 타협합니다. 전선에서 열로 잃는 전력은 전류의 제곱에 비례하므로 전류를 줄이려고 송전선은 매우 높은 전압을 씁니다(거듭제곱과 제곱근, CCTV의 랜선 손실 예).
전선에서는 저항이 작을수록 좋지만, 전자기기 안에는 일부러 저항을 넣는 곳이 아주 많습니다. 전기는 그냥 두면 너무 세게 흐르거나 엉뚱한 곳으로 흐르기 때문입니다. 저항은 전기를 알맞은 크기로 조절하는 밸브 역할을 합니다.
| 역할 | 어떻게 하나 | 예 | 없으면? |
|---|---|---|---|
| 전류 제한 | 회로에 흐르는 전류를 알맞은 크기로 줄임 | LED 앞의 저항, 칩 보호 | 과전류로 부품이 타 버림 |
| 전압 나누기 | 저항 두 개를 이어 전압의 일부만 뽑아 냄 | 배터리 잔량 측정, 센서 입력 | 부품이 감당 못 할 전압이 걸림 |
| 열 발생 | 전류가 저항을 지나며 일부러 열로 바뀜 | 전기난로, 토스터, 전기밥솥, 백열전구 | 전기로 열을 만들 수 없음 |
| 신호 크기 조절 | 소리·신호의 세기를 정함. 가변저항으로 사용자가 직접 조절 | 오디오 볼륨, 조광 스위치 | 음량·밝기 조절이 안 됨 |
| 센서 | 온도·빛·압력에 따라 저항이 변하는 소자로 상태를 알아냄 | 온도 센서(서미스터), 조도 센서 | 주변 변화를 전기 신호로 못 읽음 |
| 동작점 설정 | 트랜지스터 같은 부품이 알맞게 작동하도록 기준 전압·전류를 정함 | 증폭기, 라디오 회로 | 신호가 일그러지거나 증폭이 안 됨 |
| 시간 조절 | 축전기와 함께 충전 속도를 정함 | 타이머, 지연 회로 | 일정한 시간 간격을 만들기 어려움 |
전파·천문 분야에서도 저항은 중요합니다. 안테나가 받은 아주 약한 신호가 안테나와 케이블의 저항에서 일부 열로 사라지고, 저항이 있는 모든 부품은 온도에 비례하는 열잡음을 내기 때문입니다. 약한 우주 전파를 받는 수신기를 차갑게 식히는 까닭 중 하나입니다(수신기). 또 안테나의 전파 송신에서 보듯 안테나도 일종의 저항(방사 저항)처럼 전력을 받아 전파로 내보냅니다.
5 V 전원에 붉은 LED를 연결했습니다. LED는 전류가 조금만 커져도 금방 망가지므로 앞에 저항을 넣습니다. 저항 값을 바꿔 보고, 저항을 빼 보세요.
LED의 전압 강하는 약 2 V, 알맞은 전류는 약 10~20 mA로 가정한 값입니다(실제 부품은 데이터시트를 확인하세요).
| 종류 | 구조·특징 | 쓰이는 곳 |
|---|---|---|
| 고정 저항(탄소 피막·금속 피막) | 세라믹 막대에 탄소나 금속 막을 입혀 값을 정함. 값이 변하지 않음 | 대부분의 회로, LED 보호 |
| 권선 저항 | 저항선을 감아 만든 저항. 큰 전력을 견딤 | 전원 장치, 전기 히터 |
| 가변 저항(볼륨·트리머) | 돌리거나 밀어 저항 값을 바꿈 | 오디오 음량, 조광기, 회로 조정 |
| 서미스터 | 온도에 따라 저항이 크게 변함 | 온도계, 전기장판, 배터리 온도 감지 |
| 광저항(CdS) | 빛이 세면 저항이 작아짐 | 자동 점등 가로등, 조도 센서 |
| 압력·변형 센서 | 눌리거나 늘어나면 저항이 변함 | 저울, 터치 패드 |
저항 부품은 전력 한계(1/4 W, 1/2 W, 1 W 등)가 있어 그보다 많은 전력을 지나가게 하면 뜨거워지다 탑니다. 시뮬레이션 ②에서 본 대로입니다.
저항이 커질 때
저항이 갑자기 작아질 때
부품의 저항은 멀티미터의 저항(Ω) 모드로 잽니다. 이때는 반드시 전원을 끄고, 회로에서 떼어 낸(또는 전원이 완전히 빠진) 상태로 재야 정확하고 안전합니다. 온도에 따라 값이 조금 달라질 수 있습니다.
전류가 저항을 지나면 전기 에너지가 열로 바뀝니다(②의 충돌). 이 열은 전류의 제곱에 비례해서, 전류가 2배가 되면 열은 4배가 됩니다 (거듭제곱과 제곱근, 전기/회로 공식 ③). 전선이 이 열을 식히지 못하면 피복이 녹고, 맞닿은 두 선이 단락되어 스파크가 튀고, 주변의 먼지나 가연물에 불이 붙습니다.
| 원인 | 저항·전류에서 일어나는 일 | 흔한 예 | 예방 |
|---|---|---|---|
| 과부하 (문어발 연결) | 전류가 전선이 견디는 한계(허용 전류)를 넘어 전선 전체가 뜨거워짐 | 한 멀티탭에 히터·드라이어·에어프라이어를 함께 꽂음 | 멀티탭의 정격(A, W)을 확인하고 큰 전력 기기는 단독 콘센트에 |
| 접촉 불량 (저항 증가) | 접촉 부분의 저항이 커져 그곳만 뜨거워짐(전체 전류가 정상이어도 국부 발열) | 헐거운 플러그, 눌리거나 꺾인 전선, 느슨한 단자 | 플러그를 끝까지 꽂고, 헐거운 콘센트는 교체, 전선을 접거나 밟지 않기 |
| 단락 (저항이 갑자기 감소) | 두 선이 맞닿아 전류가 순식간에 폭증하고 스파크가 튐 | 피복이 벗겨진 전선, 물에 젖은 콘센트 | 손상된 전선은 바로 교체, 물기 주의 |
| 누전·트래킹 | 먼지·습기로 절연이 약해져 플러그 날 사이로 작은 전류가 흐르며 탄화되다 불꽃이 됨 | 오래 꽂아 둔 플러그의 먼지, 습한 곳의 콘센트 | 플러그 청소, 쓰지 않는 플러그는 뽑기 |
| 열이 빠지지 못함 | 발열 부품·전선이 덮여 열이 쌓임 | 접어서 쓰는 전기장판, 이불로 덮은 멀티탭 | 열이 나는 기기와 전선을 덮지 않기 |
집의 분전반(흔히 '두꺼비집')에는 위험한 전류를 감지해 스스로 전기를 끊는 차단기가 들어 있습니다. 지나치게 큰 전류가 흐르면 전선이 위험하게 뜨거워지기 전에 회로를 끊어 전선과 기기, 그리고 사람을 지킵니다.
| 장치 | 감지하는 것 | 동작 방식 | 막아 주는 것 |
|---|---|---|---|
| 퓨즈 | 과전류 | 가는 금속선이 전류의 열로 녹아 끊어짐(한 번 쓰면 교체) | 과부하, 단락 |
| 배선용 차단기 | 과전류 | 과부하는 바이메탈이 열에 휘어 서서히 끊고, 단락은 전자석이 순간적으로 끊음(스위치를 다시 올리면 재사용) | 전선·기기의 과열과 화재 |
| 누전차단기 | 나가는 전류와 돌아오는 전류의 차이(보통 약 30 mA) | 전류가 몸이나 땅으로 샜다는 뜻이므로 약 0.03초 안에 끊음 | 감전, 누전으로 인한 화재 |
⚠️ 차단기는 만능이 아닙니다
220 V 콘센트 하나에 가전제품을 꽂아 보세요. 전류 합계가 멀티탭 정격(16 A로 표시된 경우 가정)과 분전반 차단기(20 A 가정) 기준에서 어디에 있는지 보여 줍니다.
저항은 직류에서도 교류에서도 같은 크기로 방해하고, 전압과 전류가 같은 박자로 변하며, 받은 전기를 열로 써서 없앱니다.
그런데 교류에서는 저항과 전혀 다른 방식으로 전류를 방해하는 부품이 있습니다. 축전기와 코일입니다. 이들은 주파수에 따라 방해하는 정도가 달라지고, 전기를 쓰지 않고 저장했다 돌려줍니다. 다음 편 축전기·코일과 교류의 만남에서 이어집니다.
저항값, 전류, 전력을 숫자로 계산하는 문제는 기초수학의 전기/회로 공식 편 연습문제에 있습니다.
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📚 참고 자료 및 출처
본 교육자료는 Anthropic(Claude) 및 OpenAI(ChatGPT)를 활용하여 제작하였으며, 제작자가 내용을 검토·편집하였습니다. 주요 참고자료와 출처는 각 페이지의 「참고 자료 및 출처」에 명시하였습니다. 출처가 별도로 표기되지 않은 페이지와 참고자료에 포함되지 않은 내용은 제작자가 직접 작성하거나 정리한 것입니다. 내용에 오류가 있거나 수정이 필요한 사항을 발견하시면 kvnsite@kasi.re.kr로 알려 주시기 바랍니다.