전자, 전하, 전류, 전압, 전력에 대해 알아보기

전기회로는 밀폐되어 있는 수도관과 같다. 이 수도관의 물들은 펌프를 통해 움직이게 되고 움직이는 물들이 물레방아 등을 움직이게 한다. 이 수도관은 밀폐되어 있으므로 내부의 물의 양은 변하지 않고 동일할 것이다. 이를 전기회로로 다시 생각해보면 움직이는 물들이 전하라고 할 수 있다. 단면을 1초동안 1쿨롱의 전하량이 통과하는 것을 1암페어라고 하는데 비유하자면 1초동안 1kg의 물이 지나는 것이 1kg/s이고 kg/s을 간단한 이름을 붙여 부르는 것과 같다. 즉 쿨롱/s을 암페어라고 간단한 이름을 붙인 것이다. 이 암페어가 전류의 단위이다. 일반적으로 전선을 지나는 것은 전자이고 전자는 일정한 전하량을 가진다. 이 전자의 전하량 곱하기 전자의 양을 곱한 것이 전하량에 해당한다.

전류와 전자의 방향은 서로 반대인데 이는 최초에 사람들이 양전하가 이동하는 것으로 생각했기 때문이였다. 하지만 전자, 즉 음전하가 이동하는 것이 밝혀진 이후에도 그 이전의 모든 내용을 수정하기엔 너무 복잡하므로 그냥 서로 반대의 방향을 가지는 것으로 놔두게 되었다. 실제로는 음전하가 이동하더라도 전류를 양전하가 이동하는 것이라고 가정하고 풀어도 결과는 동일하므로 양전하가 이동한다는 가정을 사용하는 것이 좋다. 

전력이란 위의 수도관 예시에서 1kg/s의 물을 지속적으로 공급하기 위해 펌프가 사용하는 에너지를 의미한다. 이를 실제 전기회로에 적용해보면 전기회로에서 1쿨롱/s의 전하흐름을 유지하기 위해 필요한 에너지이다. 1줄이 1쿨롱을 흐르게 하는데 필요한 에너지라면 1줄/쿨롱이고 1줄/쿨롱에 1쿨롱/s을 곱하면 1줄/s가 나오게 되고 줄/s를 와트라고 부른다. 우리가 전자제품에 흔히 사용하는 킬로와트시(kwh)는 전하를 한시간동안 전기회로에 흐르게 하는데 필요한 에너지를 말하는 것이다. 전압이란 1초에 1쿨롱의 전하가 전선의 단면을 지나게 하기 위해 필요한 일을 의미한다. 수도관에 비유하자면 수도관에 물이 단면을 1초에 1KG이 지나가게 하기 위해 필요한 일이다. 따라서 전압에 전류를 곱하면 전선을 지나는 전자의 전하에 비례하는 전력을 구할수가 있다. 

위를 과정을 살펴보면 줄에서 볼트가 도출된 것이라고 생각할 수 있는데 이는 과거 회로 내부에서 하나의 전자가 움직이며 하는 일을 계산하는 것은 불가능했고 전기를 만들기 위해 물리적인 힘을 가해 전기를 얻을 수 있었다. 즉 이 말은 물리적 운동을 통한 일이 전하를 지속적으로 흐르게 하는데 필요한 일과 같으므로 전력을 간단히 계산할 수 있었을 것이며 이를 통해 전압, 즉 회로 내부에서 하나의 전자가 하는 일의 계산을 유도하는 것이 가능했을 것이다.