직렬

직렬(series, 直列)은 한 소자의 끝(+)을 다른 소자의 끝(-)으로 접속해서 전류에 대해 단 하나의 통로를 주는 것이다.

• 전압 : 전압을 직렬로 연결하면 전압은 모두 합산된다. V = V₁+ V₂ + V₃+...+Vₙ

• 전류 : 직렬회로에서는 전류는 항상 동일하다. I = I₁ = I₂ = I₃...= Iₙ

• 저항 : 저항을 직렬로 연결하면 합성저항은 저항을 모두 더한 값과 같다. Req = R₁+ R₂ + R₃+...+Rₙ
• 인덕터 : 인덕터의 직렬연결은 저항의 직렬연결과 동일하다. Leq = L₁+ L₂ + L₃+...+Lₙ
• 캐패시터 : 캐패시터의 직렬연결은 저항의 병렬 연결과 동일하다.

상세

건전지의 직렬과 병렬 연결

저항 그래프

저항의 직렬과 병렬 연결

건전지를 그림과 같이 직렬로 연결하면 전압은 합이 되고, 병렬의 경우는 전류가 합이 되어 결국 소비하는 전력은 서로 같다. 다만 직류는 전류가 10A로 일정하며 전압이 36V로 높아지므로써 수명은 같고 밝기가 3배 강해진다. 교류는 전류가 30A로 용량이 커지며 전압이 12V로 일정하므로써 밝기가 같고 수명은 3배 길어진다. 따라서 직렬은 전압의 용량이 커져서 힘은 쎄지나 오래가지 못하고, 병렬은 전류의 용량이 커져서 오래가나 힘은 약하다.

​전압과 전류가 함께 커지지는 않는다. 건전지와 전선 등에서도 자체 저항이 존재하며, 이때 저항이 어떻게 작용하냐에 따라 다르기 때문이다. 따라서 전압과 전류를 같이 크게하고 싶을 땐 직렬과 병렬을 혼합하여 연결한다.

전류와 전압은 서로 비례한다. 여기에 관여하는 존재가 있는데 저항이다. 전압과 저항은 비례하고, 전류와 저항은 반비례한다. 저항이 크면 전압이 커지지만 전류는 감소한니다. 저항은 위의 그래프의 기울기이다.

​건전지를 직렬로 연결하였을 때 전압이 커지므로 전류도 커져야 하지만 전체 저항이 증가하므로 전류량은 늘지 않는다. 건전지를 병렬로 연결하였을 때 전압이 변하지 않으므로 전류도 변하지 않아야 하지만 전체 저항이 감소하였으므로 전류량이 늘어난다.

건전지가 아니라 저항의 경우는 약간 다르다. 저항을 직렬로 연결하면 저항의 수만큼 전압이 작아진다(전압분배). 따라서 전구의 수만큼 전구는 밝지 않다(저항은 열과 빛을 내므로 전구와 같다). 그리고 전류는 일정하다. 하지만 병렬의 경우 저항의 수와 관계없이 전압이 서로 같아 전구의 밝기는 일정하다. 그리고 전류는 저항의 수만큼 작아진다(전류분배). 저항은 직렬 연결할 때 커지고, 병렬 연결할 때 작아진다.

​따라서 저항 또는 전구를 병렬연결하면 전압은 일정하며, 저항이 줄어들어 전류도 본래만큼 잘 흐르게 되어 소비전력도 커진다. 건전지처럼 소비전력이 정해져 있다면 수명은 짧아진다.

저항을 직렬로 연결하면 저항은 전압에 맞춰 따라가고, 병렬로 연결하면 저항은 전류에 맞춰 따라간다. 저항의 병렬연결처럼 전압이 독립적인(변하는) 값이라면 저항의 기울기는 1/R이 된다. R과 L이 클수록 저항 효과가 커져서 전류가 잘 흐르지 않는다. 반면에 C는 클수록 저항 효과가 작아져 전류가 잘 흐른다.

참고자료

• ARBEE, 〈ARBEE, 전기공학도를 꿈꾸며 :: 직렬회로와 병렬회로 (직렬과 병렬)〉, 《티스토리》, 2014-06-24
• applepop, 〈직렬과 병렬 회로의 차이와 RLC〉, 《네이버 블로그》, 2017-12-11

같이 보기

• 병렬
• 전압
• 저항
• 전류

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