전기 저항 변환기
전기 저항: 양자 전도도에서 완벽한 절연체까지
저항이 0인 초전도체부터 테라옴에 이르는 절연체까지, 전기 저항은 27 자릿수에 걸쳐 있습니다. 전자공학, 양자물리학, 재료과학 전반에 걸친 저항 측정의 흥미로운 세계를 탐험하고, 옴, 지멘스, 양자 저항을 포함한 19개 이상의 단위 간 변환을 마스터하세요—1827년 게오르크 옴의 발견에서 2019년 양자 정의 표준까지.
전기 저항의 기초
저항이란 무엇인가?
저항은 전기의 마찰처럼 전류에 저항합니다. 저항이 높을수록 전류가 흐르기 어렵습니다. 옴(Ω) 단위로 측정됩니다. 모든 물질에는 저항이 있습니다—전선조차도. 저항이 0인 것은 초전도체에서만 가능합니다.
- 1옴 = 1볼트/암페어 (1 Ω = 1 V/A)
- 저항은 전류를 제한합니다 (R = V/I)
- 도체: 낮은 R (구리 ~0.017 Ω·mm²/m)
- 절연체: 높은 R (고무 >10¹³ Ω·m)
저항 대 전도도
전도도 (G) = 1/저항. 지멘스 (S) 단위로 측정됩니다. 1 S = 1/Ω. 같은 것을 설명하는 두 가지 방법: 높은 저항 = 낮은 전도도. 편리한 것을 사용하세요!
- 전도도 G = 1/R (지멘스)
- 1 S = 1 Ω⁻¹ (역수)
- 높은 R → 낮은 G (절연체)
- 낮은 R → 높은 G (도체)
온도 의존성
저항은 온도에 따라 변합니다! 금속: 열에 따라 R이 증가합니다 (양의 온도 계수). 반도체: 열에 따라 R이 감소합니다 (음의 온도 계수). 초전도체: 임계 온도 이하에서 R = 0입니다.
- 금속: °C당 +0.3-0.6% (구리 +0.39%/°C)
- 반도체: 온도에 따라 감소
- NTC 서미스터: 음의 계수
- 초전도체: Tc 이하에서 R = 0
- 저항 = 전류에 대한 저항 (1 Ω = 1 V/A)
- 전도도 = 1/저항 (지멘스로 측정)
- 저항이 높을수록 같은 전압에서 전류가 적게 흐름
- 온도는 저항에 영향을 미침 (금속 R↑, 반도체 R↓)
저항 측정의 역사적 발전
전기에 대한 초기 실험 (1600-1820)
저항이 이해되기 전, 과학자들은 다른 물질에서 전류가 왜 다른지 설명하기 위해 고군분투했습니다. 초기 배터리와 조잡한 측정 장비는 정량적 전기 과학의 기초를 마련했습니다.
- 1600: 윌리엄 길버트가 '전기체'(절연체)와 '비전기체'(도체)를 구분
- 1729: 스티븐 그레이가 물질의 전기 전도성과 절연성을 발견
- 1800: 알레산드로 볼타가 배터리를 발명—최초의 신뢰할 수 있는 직류 전원
- 1820: 한스 크리스티안 외르스테드가 전자기학을 발견하여 전류 감지 가능
- 옴 이전: 저항은 관찰되었지만 정량화되지 않음—'강한' 전류 대 '약한' 전류
옴의 법칙과 저항의 탄생 (1827)
게오르크 옴은 전압, 전류, 저항 사이의 정량적 관계를 발견했습니다. 그의 법칙(V = IR)은 혁명적이었지만 처음에는 과학계에서 거부되었습니다.
- 1827: 게오르크 옴이 'Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet'를 출판
- 발견: 전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다 (I = V/R)
- 초기 거부: 독일 물리학계는 이를 '벌거벗은 공상의 그물'이라고 불렀다
- 옴의 방법: 정밀 측정을 위해 열전쌍과 비틀림 검류계를 사용
- 1841: 왕립 학회가 옴에게 코플리 메달을 수여—14년 후의 명예 회복
- 유산: 옴의 법칙은 모든 전기 공학의 기초가 됨
표준화 시대 (1861-1893)
전기 기술이 폭발적으로 발전함에 따라 과학자들은 표준화된 저항 단위가 필요했습니다. 옴은 현대 양자 표준 이전에 물리적 인공물을 사용하여 정의되었습니다.
- 1861: 영국 협회가 '옴'을 저항 단위로 채택
- 1861: B.A. 옴은 0°C에서 106 cm × 1 mm² 수은 기둥의 저항으로 정의됨
- 1881: 파리에서 열린 제1차 국제 전기 회의가 실용적인 옴을 정의
- 1884: 국제 회의가 옴 = 10⁹ CGS 전자기 단위로 고정
- 1893: 시카고 회의가 전도도에 '모'(℧)를 채택 (옴을 거꾸로 쓴 것)
- 문제: 수은 기반 정의는 비실용적—온도, 순도가 정확도에 영향을 미침
양자 홀 효과 혁명 (1980-2019)
양자 홀 효과의 발견은 기본 상수를 기반으로 한 저항의 양자화를 제공하여 정밀 측정에 혁명을 일으켰습니다.
- 1980: 클라우스 폰 클리칭이 양자 홀 효과를 발견
- 발견: 낮은 온도 + 높은 자기장에서 저항이 양자화됨
- 양자 저항: R_K = h/e² ≈ 25,812.807 Ω (폰 클리칭 상수)
- 정밀도: 10⁹분의 1까지 정확—어떤 물리적 인공물보다 우수
- 1985: 폰 클리칭이 노벨 물리학상 수상
- 1990: 국제 옴이 양자 홀 저항을 사용하여 재정의됨
- 영향: 모든 계측 연구소가 독립적으로 정확한 옴을 실현할 수 있음
2019년 SI 재정의: 상수로부터의 옴
2019년 5월 20일, 옴은 기본 전하(e)와 플랑크 상수(h)를 고정하여 재정의되었으며, 우주 어디에서나 재현 가능하게 되었습니다.
- 새로운 정의: 1 Ω = (h/e²) × (α/2) 여기서 α는 미세 구조 상수
- 기반: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C (정확) 및 h = 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s (정확)
- 결과: 옴은 이제 인공물이 아닌 양자 역학에서 정의됨
- 폰 클리칭 상수: R_K = h/e² = 25,812.807... Ω (정의에 따라 정확)
- 재현성: 양자 홀 설비를 갖춘 모든 연구소에서 정확한 옴을 실현할 수 있음
- 모든 SI 단위: 이제 기본 상수를 기반으로 함—물리적 인공물은 남아있지 않음
옴의 양자 정의는 전기 측정에서 인류의 가장 정밀한 성과를 나타내며, 양자 컴퓨팅에서 초고감도 센서에 이르는 기술을 가능하게 합니다.
- 전자공학: 전압 기준 및 교정을 위해 0.01% 미만의 정밀도 가능
- 양자 장치: 나노 구조의 양자 전도도 측정
- 재료 과학: 2D 재료(그래핀, 위상 절연체) 특성화
- 계측학: 보편적 표준—여러 국가의 연구소들이 동일한 결과를 얻음
- 연구: 양자 저항은 기본 물리 이론을 테스트하는 데 사용됨
- 미래: 차세대 양자 센서 및 컴퓨터 가능
기억 보조 및 빠른 변환 요령
쉬운 암산
- 1000의 거듭제곱 규칙: 각 SI 접두사 단계 = ×1000 또는 ÷1000 (MΩ → kΩ → Ω → mΩ)
- 저항-전도도 역수: 10 Ω = 0.1 S; 1 kΩ = 1 mS; 1 MΩ = 1 µS
- 옴의 법칙 삼각형: 원하는 것(V, I, R)을 가리면 나머지가 공식을 보여줌
- 병렬 등가 저항기: R_total = R/n (10 kΩ 2개 병렬 = 5 kΩ)
- 표준 값: 1, 2.2, 4.7, 10, 22, 47 패턴이 각 십진수마다 반복됨 (E12 시리즈)
- 2의 거듭제곱: 1.2 mA, 2.4 mA, 4.8 mA... 각 단계에서 전류가 두 배가 됨
저항기 색상 코드 기억 요령
모든 전자공학 학생은 색상 코드가 필요합니다! 실제로 작동하는 (그리고 교실에 적합한) 기억법을 소개합니다.
- 고전적인 기억법: '검, 갈, 빨, 주, 노, 초, 파, 보, 회, 흰' (0-9)
- 숫자: 검정=0, 갈색=1, 빨강=2, 주황=3, 노랑=4, 녹색=5, 파랑=6, 보라=7, 회색=8, 흰색=9
- 허용 오차: 금색=±5%, 은색=±10%, 없음=±20%
- 빠른 패턴: 갈색-검정-주황 = 10×10³ = 10 kΩ (가장 일반적인 풀업)
- LED 저항기: 빨강-빨강-갈색 = 220 Ω (고전적인 5V LED 전류 제한기)
- 기억하세요: 처음 두 개는 숫자, 세 번째는 승수(더할 0의 개수)
옴의 법칙 빠른 확인
- V = IR 기억법: '전압은 저항 곱하기 전류' (V-I-R 순서대로)
- 빠른 5V 계산: 5V ÷ 220Ω ≈ 23 mA (LED 회로)
- 빠른 12V 계산: 12V ÷ 1kΩ = 12 mA 정확히
- 빠른 전력 확인: 1Ω을 통과하는 1A = 1W 정확히 (P = I²R)
- 전압 분배기: V_out = V_in × (R2/(R1+R2)) 직렬 저항기용
- 전류 분배기: I_out = I_in × (R_other/R_total) 병렬용
실용적인 회로 규칙
- 풀업 저항기: 10 kΩ은 마법의 숫자 (충분히 강하고, 전류가 너무 많지 않음)
- LED 전류 제한: 5V에는 220-470 Ω을 사용하고, 다른 전압에는 옴의 법칙으로 조정
- I²C 버스: 100 kHz에는 4.7 kΩ 표준 풀업, 400 kHz에는 2.2 kΩ
- 고임피던스: 회로 부하를 피하기 위해 입력 임피던스는 >1 MΩ
- 낮은 접촉 저항: 전원 연결에는 <100 mΩ, 신호에는 <1 Ω 허용
- 접지: 안전 및 노이즈 내성을 위해 접지 저항 <1 Ω
- 병렬 혼동: 10 Ω 2개 병렬 = 5 Ω (20 Ω 아님!). 1/R_total = 1/R1 + 1/R2 사용
- 전력 등급: 1W를 소모하는 1/4W 저항기 = 마법의 연기! P = I²R 또는 V²/R 계산
- 온도 계수: 정밀 회로는 표준 ±5%가 아닌 낮은 온도 계수(<50 ppm/°C)가 필요함
- 허용 오차 누적: 5% 저항기 5개는 25% 오차를 줄 수 있음! 전압 분배기에는 1% 사용
- AC 대 DC: 고주파에서는 인덕턴스와 커패시턴스가 중요함 (임피던스 ≠ 저항)
- 접촉 저항: 부식된 커넥터는 상당한 저항을 추가함—깨끗한 접점이 중요!
저항 척도: 양자에서 무한까지
| 척도 / 저항 | 대표 단위 | 일반적인 응용 | 예시 |
|---|---|---|---|
| 0 Ω | 완벽한 도체 | 임계 온도 이하의 초전도체 | 77 K의 YBCO, 4 K의 Nb—정확히 0 저항 |
| 25.8 kΩ | 저항의 양자 (h/e²) | 양자 홀 효과, 저항 계측학 | 폰 클리칭 상수 R_K—기본 한계 |
| 1-100 µΩ | 마이크로옴 (µΩ) | 접촉 저항, 전선 연결 | 고전류 접점, 션트 저항기 |
| 1-100 mΩ | 밀리옴 (mΩ) | 전류 감지, 전선 저항 | 12 AWG 구리선 ≈ 5 mΩ/m; 션트 10-100 mΩ |
| 1-100 Ω | 옴 (Ω) | LED 전류 제한, 저가 저항기 | 220 Ω LED 저항기, 50 Ω 동축 케이블 |
| 1-100 kΩ | 킬로옴 (kΩ) | 표준 저항기, 풀업, 전압 분배기 | 10 kΩ 풀업 (가장 일반적), 4.7 kΩ I²C |
| 1-100 MΩ | 메가옴 (MΩ) | 고임피던스 입력, 절연 테스트 | 10 MΩ 멀티미터 입력, 1 MΩ 스코프 프로브 |
| 1-100 GΩ | 기가옴 (GΩ) | 우수한 절연, 전위계 측정 | 케이블 절연 >10 GΩ/km, 이온 채널 측정 |
| 1-100 TΩ | 테라옴 (TΩ) | 거의 완벽한 절연체 | 테프론 >10 TΩ, 파괴 전 진공 |
| ∞ Ω | 무한 저항 | 이상적인 절연체, 개방 회로 | 이론적인 완벽한 절연체, 공기 간극 (파괴 전) |
단위 체계 설명
SI 단위 — 옴
옴(Ω)은 저항에 대한 SI 파생 단위입니다. 게오르크 옴(옴의 법칙)의 이름을 땄습니다. V/A로 정의됩니다. 펨토에서 테라까지의 접두사는 모든 실제 범위를 포괄합니다.
- 1 Ω = 1 V/A (정확한 정의)
- 절연 저항에는 TΩ, GΩ
- 일반적인 저항기에는 kΩ, MΩ
- 전선, 접점에는 mΩ, µΩ, nΩ
전도도 — 지멘스
지멘스(S)는 옴의 역수입니다. 1 S = 1/Ω = 1 A/V. 베르너 폰 지멘스의 이름을 땄습니다. 이전에는 '모'(옴을 거꾸로 쓴 것)라고 불렸습니다. 병렬 회로에 유용합니다.
- 1 S = 1/Ω = 1 A/V
- 이전 이름: 모 (℧)
- 매우 낮은 저항에는 kS
- 보통의 전도도에는 mS, µS
오래된 CGS 단위
아브옴(EMU)과 스탯옴(ESU)은 오래된 CGS 시스템에서 유래했습니다. 오늘날에는 거의 사용되지 않습니다. 1 abΩ = 10⁻⁹ Ω (작음). 1 statΩ ≈ 8.99×10¹¹ Ω (큼). SI 옴이 표준입니다.
- 1 아브옴 = 10⁻⁹ Ω = 1 nΩ (EMU)
- 1 스탯옴 ≈ 8.99×10¹¹ Ω (ESU)
- 구식; SI 옴이 보편적임
- 오래된 물리 교과서에만 나옴
저항의 물리학
옴의 법칙
V = I × R (전압 = 전류 × 저항). 기본적인 관계입니다. 두 개를 알면 세 번째를 찾을 수 있습니다. 저항기에 대해 선형입니다. 전력 소모 P = I²R = V²/R.
- V = I × R (전류로부터의 전압)
- I = V / R (전압으로부터의 전류)
- R = V / I (측정으로부터의 저항)
- 전력: P = I²R = V²/R (열)
직렬 및 병렬
직렬: R_total = R₁ + R₂ + R₃... (저항을 더함). 병렬: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂... (역수를 더함). 병렬의 경우, 전도도를 사용하세요: G_total = G₁ + G₂.
- 직렬: R_tot = R₁ + R₂ + R₃
- 병렬: 1/R_tot = 1/R₁ + 1/R₂
- 병렬 전도도: G_tot = G₁ + G₂
- 두 개의 동일한 R 병렬: R_tot = R/2
비저항 및 기하학
R = ρL/A (저항 = 비저항 × 길이 / 면적). 재료의 특성(ρ) + 기하학. 길고 가는 전선은 R이 높습니다. 짧고 굵은 전선은 R이 낮습니다. 구리: ρ = 1.7×10⁻⁸ Ω·m.
- R = ρ × L / A (기하학 공식)
- ρ = 비저항 (재료의 특성)
- L = 길이, A = 단면적
- 구리 ρ = 1.7×10⁻⁸ Ω·m
저항 벤치마크
| 문맥 | 저항 | 참고 |
|---|---|---|
| 초전도체 | 0 Ω | 임계 온도 이하 |
| 양자 저항 | ~26 kΩ | h/e² = 기본 상수 |
| 구리선 (1m, 1mm²) | ~17 mΩ | 실온 |
| 접촉 저항 | 10 µΩ - 1 Ω | 압력, 재료에 따라 다름 |
| LED 전류 저항기 | 220-470 Ω | 일반적인 5V 회로 |
| 풀업 저항기 | 10 kΩ | 디지털 로직의 일반적인 값 |
| 멀티미터 입력 | 10 MΩ | 일반적인 DMM 입력 임피던스 |
| 인체 (건조) | 1-100 kΩ | 손에서 손으로, 건조한 피부 |
| 인체 (젖음) | ~1 kΩ | 젖은 피부, 위험 |
| 절연 (양호) | >10 GΩ | 전기 절연 테스트 |
| 공기 간극 (1 mm) | >10¹² Ω | 파괴 전 |
| 유리 | 10¹⁰-10¹⁴ Ω·m | 우수한 절연체 |
| 테프론 | >10¹³ Ω·m | 최고의 절연체 중 하나 |
일반적인 저항기 값
| 저항 | 색상 코드 | 일반적인 용도 | 일반적인 전력 |
|---|---|---|---|
| 10 Ω | 갈색-검정-검정 | 전류 감지, 전력 | 1-5 W |
| 100 Ω | 갈색-검정-갈색 | 전류 제한 | 1/4 W |
| 220 Ω | 빨강-빨강-갈색 | LED 전류 제한 (5V) | 1/4 W |
| 470 Ω | 노랑-보라-갈색 | LED 전류 제한 | 1/4 W |
| 1 kΩ | 갈색-검정-빨강 | 일반용, 전압 분배기 | 1/4 W |
| 4.7 kΩ | 노랑-보라-빨강 | 풀업/다운, I²C | 1/4 W |
| 10 kΩ | 갈색-검정-주황 | 풀업/다운 (가장 일반적) | 1/4 W |
| 47 kΩ | 노랑-보라-주황 | 고-Z 입력, 바이어싱 | 1/8 W |
| 100 kΩ | 갈색-검정-노랑 | 고임피던스, 타이밍 | 1/8 W |
| 1 MΩ | 갈색-검정-녹색 | 매우 높은 임피던스 | 1/8 W |
실생활 응용
전자공학 및 회로
저항기: 일반적으로 1 Ω에서 10 MΩ. 풀업/다운: 10 kΩ이 일반적입니다. 전류 제한: LED에는 220-470 Ω. 전압 분배기: kΩ 범위. 정밀 저항기: 0.01% 허용 오차.
- 표준 저항기: 1 Ω - 10 MΩ
- 풀업/풀다운: 1-100 kΩ
- LED 전류 제한: 220-470 Ω
- 정밀도: 0.01% 허용 오차 사용 가능
전력 및 측정
션트 저항기: mΩ 범위 (전류 감지). 전선 저항: 미터당 µΩ에서 mΩ. 접촉 저항: µΩ에서 Ω. 케이블 임피던스: 50-75 Ω (RF). 접지: <1 Ω 필요.
- 전류 션트: 0.1-100 mΩ
- 전선: 13 mΩ/m (22 AWG 구리)
- 접촉 저항: 10 µΩ - 1 Ω
- 동축: 50 Ω, 75 Ω 표준
극한 저항
초전도체: R = 0 정확히 (Tc 이하). 절연체: TΩ (10¹² Ω) 범위. 사람 피부: 1 kΩ - 100 kΩ (건조). 정전기: GΩ 측정. 진공: 무한 R (이상적인 절연체).
- 초전도체: R = 0 Ω (T < Tc)
- 절연체: GΩ에서 TΩ까지
- 인체: 1-100 kΩ (건조한 피부)
- 공기 간극: >10¹⁴ Ω (파괴 ~3 kV/mm)
빠른 변환 계산
SI 접두사 빠른 변환
각 접두사 단계 = ×1000 또는 ÷1000. MΩ → kΩ: ×1000. kΩ → Ω: ×1000. Ω → mΩ: ×1000.
- MΩ → kΩ: 1,000을 곱함
- kΩ → Ω: 1,000을 곱함
- Ω → mΩ: 1,000을 곱함
- 역순: 1,000으로 나눔
저항 ↔ 전도도
G = 1/R (전도도 = 1/저항). R = 1/G. 10 Ω = 0.1 S. 1 kΩ = 1 mS. 1 MΩ = 1 µS. 역수 관계!
- G = 1/R (지멘스 = 1/옴)
- 10 Ω = 0.1 S
- 1 kΩ = 1 mS
- 1 MΩ = 1 µS
옴의 법칙 빠른 확인
R = V / I. 전압과 전류를 알면 저항을 찾을 수 있습니다. 5V에서 20 mA = 250 Ω. 12V에서 3 A = 4 Ω.
- R = V / I (옴 = 볼트 ÷ 암페어)
- 5V ÷ 0.02A = 250 Ω
- 12V ÷ 3A = 4 Ω
- 기억하세요: 전압을 전류로 나누세요
변환이 작동하는 방식
- 1단계: 소스 → 옴으로 toBase 계수를 사용하여 변환
- 2단계: 옴 → 목표로 목표의 toBase 계수를 사용하여 변환
- 전도도: 역수 사용 (1 S = 1/1 Ω)
- 타당성 검사: 1 MΩ = 1,000,000 Ω, 1 mΩ = 0.001 Ω
- 기억하세요: Ω = V/A (옴의 법칙에 따른 정의)
일반적인 변환 참조
| 에서 | 으로 | 곱하기 | 예시 |
|---|---|---|---|
| Ω | kΩ | 0.001 | 1000 Ω = 1 kΩ |
| kΩ | Ω | 1000 | 1 kΩ = 1000 Ω |
| kΩ | MΩ | 0.001 | 1000 kΩ = 1 MΩ |
| MΩ | kΩ | 1000 | 1 MΩ = 1000 kΩ |
| Ω | mΩ | 1000 | 1 Ω = 1000 mΩ |
| mΩ | Ω | 0.001 | 1000 mΩ = 1 Ω |
| Ω | S | 1/R | 10 Ω = 0.1 S (역수) |
| kΩ | mS | 1/R | 1 kΩ = 1 mS (역수) |
| MΩ | µS | 1/R | 1 MΩ = 1 µS (역수) |
| Ω | V/A | 1 | 5 Ω = 5 V/A (동일) |
빠른 예시
풀이된 문제
LED 전류 제한
5V 전원, LED에 20mA가 필요하고 순방향 전압이 2V입니다. 어떤 저항기?
전압 강하 = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150 Ω. 표준 220 Ω 사용 (더 안전하고, 전류가 적음).
병렬 저항기
10kΩ 저항기 2개가 병렬로 연결되어 있습니다. 총 저항은 얼마입니까?
동일한 병렬: R_tot = R/2 = 10kΩ/2 = 5 kΩ. 또는: 1/R = 1/10k + 1/10k = 2/10k → R = 5 kΩ.
전력 소모
10Ω 저항기에 12V가 걸립니다. 얼마나 많은 전력?
P = V²/R = (12V)² / 10Ω = 144/10 = 14.4 W. 15W+ 저항기 사용! 또한: I = 12/10 = 1.2A.
피해야 할 일반적인 실수
- **병렬 저항 혼동**: 10Ω 두 개 병렬 ≠ 20Ω! 5Ω입니다(1/R = 1/10 + 1/10). 병렬은 항상 총 R을 줄입니다.
- **전력 등급이 중요합니다**: 14W를 소모하는 1/4W 저항기 = 연기! P = V²/R 또는 P = I²R을 계산하세요. 2-5배의 안전 여유를 두세요.
- **온도 계수**: 저항은 온도에 따라 변합니다. 정밀 회로에는 낮은 온도 계수 저항기(<50 ppm/°C)가 필요합니다.
- **허용 오차 누적**: 여러 5% 저항기가 큰 오차를 누적할 수 있습니다. 정밀 전압 분배기에는 1% 또는 0.1%를 사용하세요.
- **접촉 저항**: 고전류 또는 저전압에서 연결 저항을 무시하지 마세요. 접점을 청소하고 적절한 커넥터를 사용하세요.
- **병렬용 전도도**: 병렬 저항기를 추가하시나요? 전도도(G = 1/R)를 사용하세요. G_total = G₁ + G₂ + G₃. 훨씬 쉽습니다!
저항에 대한 흥미로운 사실
저항의 양자는 25.8 kΩ입니다
'저항의 양자' h/e² ≈ 25,812.807 Ω은 기본 상수입니다. 양자 규모에서 저항은 이 값의 배수로 나타납니다. 정밀 저항 표준을 위해 양자 홀 효과에 사용됩니다.
초전도체는 저항이 0입니다
임계 온도(Tc) 이하에서 초전도체는 R = 0입니다. 전류는 손실 없이 영원히 흐릅니다. 일단 시작되면 초전도 루프는 전원 없이 수년 동안 전류를 유지합니다. 강력한 자석(MRI, 입자 가속기)을 가능하게 합니다.
번개는 일시적인 플라즈마 경로를 만듭니다
번개 채널의 저항은 타격 중에 ~1 Ω으로 떨어집니다. 공기는 일반적으로 >10¹⁴ Ω이지만 이온화된 플라즈마는 전도성이 있습니다. 채널은 30,000 K(태양 표면의 5배)까지 가열됩니다. 플라즈마가 식으면서 저항이 증가하여 여러 펄스를 생성합니다.
표피 효과는 AC 저항을 변경합니다
고주파에서 AC 전류는 도체 표면에서만 흐릅니다. 유효 저항은 주파수와 함께 증가합니다. 1 MHz에서 구리선의 R은 DC보다 100배 더 높습니다! RF 엔지니어는 더 두꺼운 전선이나 특수 도체를 사용해야 합니다.
인체의 저항은 100배 변합니다
건조한 피부: 100 kΩ. 젖은 피부: 1 kΩ. 내부 몸: ~300 Ω. 그래서 욕실에서 감전이 치명적입니다. 젖은 피부(1 kΩ)에 120 V = 120 mA 전류—치명적. 동일한 전압, 건조한 피부(100 kΩ) = 1.2 mA—따끔거림.
표준 저항기 값은 로그적입니다
E12 시리즈(10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82)는 각 십진수를 ~20% 단계로 포괄합니다. E24 시리즈는 ~10% 단계를 제공합니다. E96은 ~1%를 제공합니다. 선형이 아닌 기하급수를 기반으로 합니다—전기 기술자들의 훌륭한 발명품입니다!
역사적 발전
1827
게오르크 옴이 V = IR을 발표합니다. 옴의 법칙은 저항을 정량적으로 설명합니다. 처음에는 독일 물리학계에서 '벌거벗은 공상의 그물'로 거부되었습니다.
1861
영국 협회가 '옴'을 저항의 단위로 채택합니다. 0°C에서 길이 106 cm, 단면적 1 mm²의 수은 기둥의 저항으로 정의됩니다.
1881
제1회 국제 전기 회의가 실용적인 옴을 정의합니다. 법적 옴 = 10⁹ CGS 단위. 게오르크 옴(사후 25년)의 이름을 땄습니다.
1893
국제 전기 회의가 전도도에 대해 '모'(옴을 거꾸로 쓴 것)를 채택합니다. 나중에 1971년에 '지멘스'로 대체되었습니다.
1908
헤이커 카메를링 오너스가 헬륨을 액화합니다. 저온 물리학 실험을 가능하게 합니다. 1911년에 초전도성(저항 0)을 발견합니다.
1911
초전도성이 발견되었습니다! 수은의 저항은 4.2 K 이하에서 0으로 떨어집니다. 저항과 양자 물리학에 대한 이해를 혁신합니다.
1980
양자 홀 효과가 발견되었습니다. 저항은 h/e² ≈ 25.8 kΩ 단위로 양자화됩니다. 초정밀 저항 표준을 제공합니다(10⁹분의 1까지의 정확도).
2019
SI 재정의: 옴은 이제 기본 상수(기본 전하 e, 플랑크 상수 h)에서 정의됩니다. 1 Ω = (h/e²) × (α/2) 여기서 α는 미세 구조 상수입니다.
전문가 팁
- **kΩ에서 Ω으로 빠르게**: 1000을 곱하세요. 4.7 kΩ = 4700 Ω.
- **병렬 등가 저항기**: R_total = R/n. 10 kΩ 2개 = 5 kΩ. 15 kΩ 3개 = 5 kΩ.
- **표준 값**: E12/E24 시리즈를 사용하세요. 4.7, 10, 22, 47 kΩ이 가장 일반적입니다.
- **전력 등급 확인**: P = V²/R 또는 I²R. 신뢰성을 위해 2-5배의 여유를 두세요.
- **색상 코드 요령**: 갈색(1)-검정(0)-빨강(×100) = 1000 Ω = 1 kΩ. 금색 밴드 = 5%.
- **병렬용 전도도**: G_total = G₁ + G₂. 1/R 공식보다 훨씬 쉽습니다!
- **자동 과학 표기법**: 가독성을 위해 < 1 µΩ 또는 > 1 GΩ 값은 과학 표기법으로 표시됩니다.
전체 단위 참조
SI 단위
| 단위 이름 | 기호 | 옴 상당 | 사용 참고 |
|---|---|---|---|
| 옴 | Ω | 1 Ω (base) | SI 파생 단위; 1 Ω = 1 V/A (정확). 게오르크 옴의 이름을 땄습니다. |
| 테라옴 | TΩ | 1.0 TΩ | 절연 저항 (10¹² Ω). 우수한 절연체, 전위계 측정. |
| 기가옴 | GΩ | 1.0 GΩ | 높은 절연 저항 (10⁹ Ω). 절연 테스트, 누설 측정. |
| 메가옴 | MΩ | 1.0 MΩ | 고임피던스 회로 (10⁶ Ω). 멀티미터 입력 (일반적으로 10 MΩ). |
| 킬로옴 | kΩ | 1.0 kΩ | 일반적인 저항기 (10³ Ω). 풀업/다운 저항기, 일반용. |
| 밀리옴 | mΩ | 1.0000 mΩ | 낮은 저항 (10⁻³ Ω). 전선 저항, 접촉 저항, 션트. |
| 마이크로옴 | µΩ | 1.0000 µΩ | 매우 낮은 저항 (10⁻⁶ Ω). 접촉 저항, 정밀 측정. |
| 나노옴 | nΩ | 1.000e-9 Ω | 초저 저항 (10⁻⁹ Ω). 초전도체, 양자 장치. |
| 피코옴 | pΩ | 1.000e-12 Ω | 양자 규모 저항 (10⁻¹² Ω). 정밀 계측학, 연구. |
| 펨토옴 | fΩ | 1.000e-15 Ω | 이론적인 양자 한계 (10⁻¹⁵ Ω). 연구용으로만 사용. |
| 볼트 퍼 암페어 | V/A | 1 Ω (base) | 옴과 동일: 1 Ω = 1 V/A. 옴의 법칙에 따른 정의를 보여줍니다. |
컨덕턴스
| 단위 이름 | 기호 | 옴 상당 | 사용 참고 |
|---|---|---|---|
| 지멘스 | S | 1/ Ω (reciprocal) | 전도도의 SI 단위 (1 S = 1/Ω = 1 A/V). 베르너 폰 지멘스의 이름을 땄습니다. |
| 킬로지멘스 | kS | 1/ Ω (reciprocal) | 매우 낮은 저항의 전도도 (10³ S = 1/mΩ). 초전도체, 낮은 R 재료. |
| 밀리지멘스 | mS | 1/ Ω (reciprocal) | 보통의 전도도 (10⁻³ S = 1/kΩ). kΩ 범위의 병렬 계산에 유용합니다. |
| 마이크로지멘스 | µS | 1/ Ω (reciprocal) | 낮은 전도도 (10⁻⁶ S = 1/MΩ). 고임피던스, 절연 측정. |
| 모 | ℧ | 1/ Ω (reciprocal) | 지멘스의 옛 이름 (℧ = 옴을 거꾸로). 1 mho = 1 S 정확히. |
레거시 및 과학
| 단위 이름 | 기호 | 옴 상당 | 사용 참고 |
|---|---|---|---|
| 아봄 (EMU) | abΩ | 1.000e-9 Ω | CGS-EMU 단위 = 10⁻⁹ Ω = 1 nΩ. 구식 전자기 단위. |
| 스타톰 (ESU) | statΩ | 898.8 GΩ | CGS-ESU 단위 ≈ 8.99×10¹¹ Ω. 구식 정전기 단위. |
자주 묻는 질문
저항과 전도도의 차이점은 무엇인가요?
저항(R)은 전류의 흐름에 저항하며 옴(Ω)으로 측정됩니다. 전도도(G)는 그 역수입니다: G = 1/R, 지멘스(S)로 측정됩니다. 높은 저항 = 낮은 전도도. 이들은 반대 관점에서 동일한 속성을 설명합니다. 직렬 회로에는 저항을, 병렬 회로에는 전도도를 사용하세요(계산이 더 쉽습니다).
금속에서 온도가 올라가면 저항이 증가하는 이유는 무엇인가요?
금속에서 전자는 결정 격자를 통해 흐릅니다. 온도가 높을수록 원자가 더 많이 진동하여 전자와 더 많이 충돌하므로 저항이 높아집니다. 일반적인 금속은 °C당 +0.3에서 +0.6%입니다. 구리: +0.39%/°C. 이것이 '양의 온도 계수'입니다. 반도체는 반대 효과를 가집니다(음의 계수).
병렬로 총 저항을 어떻게 계산하나요?
역수를 사용하세요: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃... 두 개의 동일한 저항기의 경우: R_total = R/2. 더 쉬운 방법: 전도도를 사용하세요! G_total = G₁ + G₂ (그냥 더하세요). 그러면 R_total = 1/G_total입니다. 예: 10 kΩ과 10 kΩ 병렬 = 5 kΩ.
허용 오차와 온도 계수의 차이점은 무엇인가요?
허용 오차 = 제조상의 편차(±1%, ±5%). 실온에서의 고정된 오차. 온도 계수(tempco) = °C당 R이 얼마나 변하는지(ppm/°C). 50 ppm/°C는 도당 0.005%의 변화를 의미합니다. 둘 다 정밀 회로에 중요합니다. 안정적인 작동을 위해 낮은 tempco 저항기(<25 ppm/°C)가 필요합니다.
표준 저항기 값이 로그적인(10, 22, 47) 이유는 무엇인가요?
E12 시리즈는 기하급수적으로 ~20% 단계를 사용합니다. 각 값은 이전 값의 ≈1.21배입니다(10의 12제곱근). 이는 모든 십진수에 걸쳐 균일한 범위를 보장합니다. 5% 허용 오차로 인접한 값이 겹칩니다. 훌륭한 디자인입니다! E24(10% 단계), E96(1% 단계)도 동일한 원리를 사용합니다. 전압 분배기와 필터를 예측 가능하게 만듭니다.
저항이 음수가 될 수 있나요?
수동 부품에서는 아니요—저항은 항상 양수입니다. 그러나 능동 회로(연산 증폭기, 트랜지스터)는 전압이 증가하면 전류가 감소하는 '음의 저항' 동작을 만들 수 있습니다. 발진기, 증폭기에 사용됩니다. 터널 다이오드는 특정 전압 범위에서 자연스럽게 음의 저항을 보입니다. 그러나 실제 수동 R은 항상 > 0입니다.