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직렬 회로

6 V 전지에 12 Ω 전구 두 개를 직렬로 연결하면 전구마다 3 V, 0.25 A가 걸리고, 한 개만 연결했을 때 전력의 4분의 1로 빛납니다.

전류가 지나는 길은 하나

직렬 회로(series circuit)에서는 부품들이 끝과 끝으로 이어져 있어서, 고리를 한 바퀴 도는 길이 하나뿐입니다. 전지를 떠난 모든 쿨롬은 모든 부품을 차례차례 하나씩 지나가야 합니다. 여기서 직렬 회로의 첫 번째 규칙이 나옵니다. 고리 안 어디에서나 전류가 같다는 것입니다. 전류계를 첫 번째 전구 앞에 두든, 두 전구 사이에 두든, 마지막 전구 뒤에 두든 전류계는 똑같은 값을 읽습니다. 전하는 어느 곳에도 쌓일 수 없습니다. 그러니 어떤 부품에 흘러 들어간 만큼 그 부품에서 흘러 나와야 합니다.

저항은 더합니다

부품 하나하나는 전지 전압의 일부를 가져다 씁니다. 고리를 한 바퀴 돌면, 각 부품에서 생긴 전압 강하를 모두 더한 값이 전지의 전압과 같아야 합니다. 쿨롬 하나하나가 전지에서 받은 에너지를 남김없이 모두 내놓기 때문입니다. 모든 부품에 같은 전류 I가 흐르므로, 각 부품의 전압 강하는 I R₁, I R₂, ...이고 그 합은 I (R₁ + R₂ + ...)입니다. 그래서 줄줄이 이어 놓은 부품 전체는 마치 저항 R = R₁ + R₂ + R₃ + ... 하나처럼 행동합니다. 직렬로 부품을 더할 때마다 언제나 전체 저항이 커지고 전류가 줄어드는 이유가 바로 이것입니다.

모든 부품의 전류가 같습니다. 전압을 더하면 전지 전압이 됩니다. 저항은 더합니다: R = R₁ + R₂ + R₃.

같은 전구 두 개를 직렬로 이었습니다. 6 V를 3 V씩 나눠 쓰고, 두 전구에 같은 0.25 A가 흐릅니다.

계산해 봅시다

실험실을 처음 열었을 때 나오는 회로를 봅시다. 6 V 전지에 12 Ω 전구 두 개가 직렬로 이어져 있습니다. 전체 저항은 12 + 12 = 24 Ω이므로 전류는 6 ÷ 24 = 0.25 A입니다. 그러면 전구 하나의 양 끝에 걸린 전압은 V = 0.25 × 12 = 3 V이고, 두 전구의 전압 강하를 더하면 당연히 그래야 하듯이 6 V가 됩니다. 같은 전지에 전구 하나만 연결한다면 0.5 A가 흐르고, 그 전구에 6 V가 전부 걸립니다. OpenStax는 서로 다른 저항을 섞어 이은 예를 하나 풉니다. 1.00 Ω, 6.00 Ω, 13.0 Ω을 12.0 V 전지에 직렬로 이은 경우입니다. 전체 저항은 20.0 Ω, 전류는 0.600 A이고, 전압 강하는 0.600 V, 3.60 V, 7.80 V로 합이 12.0 V입니다. 저항이 가장 큰 부품이 전압을 가장 많이 나눠 갖는다는 점을 눈여겨보세요.

불러오는 중

끌어서 돌리고, 휠이나 두 손가락으로 확대하세요.

12 Ω 전구 두 개를 직렬로 이었습니다. 스위치 S1을 열면 두 전구가 함께 꺼집니다. 오른쪽 위 빈칸에 전구를 하나 더 끌어 놓거나 전구 하나를 저항으로 바꾼 뒤 새 전류를 읽어 보세요.

직렬의 장점과 단점

길이 하나뿐이므로, 고리 어디에든 스위치를 하나 두면 그 스위치가 회로 전체를 켜고 끕니다. 벽에 있는 전등 스위치가 바로 그렇게 동작합니다. 스위치는 자기가 켜고 끄는 전등과 직렬로 연결되어 있습니다. 퓨즈와 차단기도 직렬로 넣습니다. 그래야 모든 전류가 반드시 그곳을 지나가기 때문입니다. 그런데 바로 이 성질이 직렬 연결의 약점이기도 합니다. 전구 하나가 나가면 그 전구의 필라멘트가 끊어지고, 그러면 고리가 열립니다. 그 결과 줄줄이 이어진 다른 전구들도 모두 꺼져 버립니다. 실험실에서 전구 하나를 빼서 확인해 보세요.

전구를 직렬로 더할수록 전구는 더 어두워집니다. 예를 들어 6 V 전지에 12 Ω 전구 세 개를 이으면 전체가 36 Ω, 전류는 6 ÷ 36 ≈ 0.167 A이고, 전구마다 2 V밖에 걸리지 않습니다. 전지의 전압을 점점 더 많은 부품이 나눠 가지니, 부품 하나하나가 받는 몫은 점점 작아집니다. 전지 자체도 직렬로 이을 수 있는데, 그러면 전지들의 전압이 더해집니다. 1.5 V 건전지 두 개를 끝과 끝으로 이으면 3 V, 네 개면 6 V입니다. 그런데 건전지 하나를 거꾸로 넣으면, 그 건전지의 전압은 더해지지 않고 오히려 빠집니다.

전압계는 부품의 양 끝에 걸쳐 연결해서 그 부품의 전압 강하를 읽습니다. 전류계는 회로에 직렬로 끼워 넣어서 그 부품을 지나는 전류를 읽습니다. 실험실에서는 표가 모든 부품에 대해 두 가지를 한꺼번에 보여 줍니다.
핵심 정리
  • 직렬: 길이 하나라서 모든 부품의 전류가 같습니다.
  • 전압 강하를 모두 더하면 전지 전압입니다.
  • R = R₁ + R₂ + R₃, 부품이 많을수록 저항이 커지고 전류가 줄어듭니다.
  • 한 곳이 끊기면(스위치, 나간 전구) 전체가 멈춥니다.
  • 전지를 직렬로 이으면 전압이 더해집니다.
  1. 4 Ω과 8 Ω을 직렬로 이었습니다. 전체 저항은 몇 Ω일까요?
  2. 그 두 저항을 6 V 전지에 연결합니다. 전류는 몇 A일까요?
  3. 8 Ω 저항 양 끝 전압은 몇 V일까요?
  4. 1.00 Ω, 6.00 Ω, 13.0 Ω을 12.0 V에 직렬로 이었습니다. 전류는 몇 A일까요? (소수 셋째 자리)
  5. 그 회로에서 13.0 Ω 저항의 전압은 몇 V일까요? (소수 둘째 자리)
  6. 9 V에 12 Ω 전구 세 개를 직렬로 이었습니다. 전류는 몇 A일까요? (소수 둘째 자리)
  7. 직렬로 이은 전구 중 하나가 나갔습니다. 나머지는?
    • 모두 꺼집니다
    • 더 밝아집니다
    • 그대로입니다
  8. 같은 전구를 하나 더 직렬로 이었습니다. 전지에서 나오는 전류는?
    • 줄어듭니다
    • 늘어납니다
    • 그대로입니다
  9. 1.5 V 건전지 네 개를 같은 방향으로 직렬 연결했습니다. 전체 전압은 몇 V일까요?
  10. 전등을 켜고 끄는 스위치는 어디에 연결할까요?
    • 전등과 직렬로
    • 전등 양 끝에 나란히
    • 아무 곳이나 상관없습니다
이 과정의 출처 (14)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
  • 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
  • 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
  • 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
  • 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
  • 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
  • 21.1 Resistors in series and parallel
  • 21.2 Electromotive force and internal resistance
  • 21.3 Kirchhoff's rules
  • 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
  • NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
  • Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
  • Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
  • IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).

확인한 날: 2026-10-17