과학(20326)

.전기와 자기

6. 저항의 연결

저항의 직렬연결과 병렬연결의 쓰임새를 조사하여 비교해봅시다.

도입

전구의 연결 방법에 따라 밝기는 어떻게 달라질까요?

전구를 어떻게 연결 했을 때 전구의 밝기가 더 밝았나요?

전구를 병렬연결 했을 때 더 밝았다.

전구를 두 개 연결한 전기 회로에서 전구 하나를 제거하면 남은 전구에 불이 들어올까요?

직렬연결 회로에서 전구 하나를 제거하면 남은 전구에 불이 들어오지 않았지만, 병렬연결 회로에서는 전구 하나를 제거하더라도 남은 전구에서 불이 들어온다. 직렬연결 회로에서는 전지와 전구가 하나의 길로 연결되어 전구 하나를 빼어내면 회로가 끊겨서 불이 켜지지 않지만, 병렬연결 회로에서는 두 개의 전구가 각각 전지와 하나의 길로 연결되어서 하나의 전구를 빼내더라도 다른 길에 전류가 흐를 수 있기 때문에 남은 전구에는 불이 켜진다.

전개

◎ 활동1 - 저항의 직렬연결과 병렬연결 확인하기

저항을 직렬연결한 세 가지 경우
(LED 전구를 1개 연결한 경우, LED 전구 2개를 직렬연결한 경우, 직렬연결된 LED 전구의 2개 중 하나의 연결을 끊은 경우)의 밝기를 비교해봅시다.

LED 전구 2개를 직렬연결한 경우, 각 LED 전구의 밝기는 LED 전구 한 개를 연결한 경우보다 어두워졌다. LED 전구 한 개의 연결을 끊으면 다른 LED 전구 한 개도 불이 꺼졌다.

저항을 병렬연결한 세 가지 경우(LED 전구를 1개 연결한 경우, LED 전구 2개를 병렬연결한 경우, 병렬연결된 LED 전구의 2개 중 하나의 연결을 끊은 경우)의 밝기를 비교해봅시다.

LED 전구 2개를 병렬연결한 결과, 각 LED 전구의 밝기는 LED 전구 한 개를 연결할 때와 같다. LED 전구 한개의 연결을 끊어도 다른 LED 전구는 불이 꺼지지 않는다.

직렬연결한 경우와 병렬연결한 경우 전구의 밝기 차이가 발생하는 이유는 무엇인가요?

저항을 직렬연결하면, 회로 전체의 저항은 커지고, 회로 전체에 흐르는 전류의 세기는 작아진다. 따라서 전구의 밝기는 어두워진다. 직렬연결된 두 LED 전구 중 한 개의 연결을 끊으면 전류가 흐르지 못해 다른 LED 전구의 불도 꺼진다. 따라서 여러 개의 전기 기구가 직렬연결된 회로에서는 한 개의 전기 기구만 고장이 나도 회로 전체에 전류가 흐르지 않는다. 저항을 병렬연결하면, 각 저항에 걸리는 전압이 저항 한 개를 연결할 때와 같다. 따라서 각 저항에는 같은 세기의 전류가 흐르고, 전구의 밝기는 전구 한 개를 연결할 때와 동일하다. 또한 병렬연결된 두 개의 전구 중 한 개의 연결을 끊어도 다른 전구에는 전류가 흘러 전구의 불이 꺼지지 않는다. 따라서 전기 기구를 병렬연결하면 다른 전기 기구의 영향을 받지 않고 따로 사용할 수 있다.

◎ 활동2 - 일상 생활 속의 전기 기구의 연결 알아보기

가정의 전기 배선을 보면, 각 전기 기구들의 연결은 어떻게 되어있나요?

가정의 전기 기구들은 병렬로 연결되어 있다. 각 전기 기구에 걸리는 전압이 220V로 모두 같다. 병렬로 연결하면 전기 기구 한 개의 스위치를 끄더라도 다른 콘센트에 공급되는 전기가 차단되지 않기 때문에 사용 중인 전기 기구는 그대로 사용할 수 있다.

연말에 볼 수 있는 트리 장식의 꼬마 전구는 직렬연결과 병렬연결 중 어떻게 연결되어 있을까요?

직렬연결과 병렬연결의 혼합방식으로 연결되어 있다. 직렬연결만으로 트리를 만들면 전구 하나만 고장이 나도 모든 전구가 꺼져 고장난 전구를 찾기가 쉽지 않다. 전구를 모두 병렬로 연결하면 너무 많은 전선을 필요로 한다. 직렬연결과 병렬연결의 각각의 장단점으로 인해 혼합연결 방식을 이용한다.

가정에서 사용하는 전기 용품 중 병렬연결을 보여주는 장치는 무엇일까요?

멀티탭이다. 멀티탭에는 여러 개의 전원을 꽂아 사용하지만 각각을 따로 작동시킬 수 있다. 너무 많은 전원 장치를 꽂으면 위험하다. 많은 전기 기구를 연결해서 동시에 사용하게 되면 누전차단기가 내려갈 수 있다.

누전 차단기는 많은 전기 기구를 연결해서 동시에 사용하면 센 전류로 인해 누전이나 화재 등의 사고가 일어날 수 있어서 전기 기구에 정해진 전류보다 큰 전류가 흐르게 되면 회로를 끊어서 전류를 차단시켜 사고를 막아주는 장치입니다. 누전 차단기는 전기 배선과 어떻게 연결해야 할까요?

전기 배선과 직렬로 연결해야 한다. 차단기가 집안 전체의 전기를 차단해주는 역할을 한다면, 개별 전기 기구에서 전류를 차단시켜주는 퓨즈가 있다. 퓨즈는 전기 기구에 정해진 전류보다 큰 전류가 흐르게 되면 퓨즈가 끊어지며 전류를 차단시켜주는 역할을 한다. 퓨즈 또한 전기 기구의 저항과 직렬로 연결되어 있다.

정리

1. 저항의 직렬연결과 병렬연결

2. 생활 속의 저항의 직렬연결과 병렬연결

1) 저항의 직렬연결 : 누전 차단기, 퓨즈
2) 저항의 병렬연결 : 가정용 전기 기구(220V), 멀티탭

*전기 기구의 기호

도전하기

*참고하기: 저항의 연결

내용구성: 이수영(대구 덕화중)