항상 궁금했습니다.

1. 왜 +와 -가 있으며 뭐가 다릅니까?
2. +를 만져야 감전되고 -를 만지면 괜찮습니까?
2. 왜 감전되면 죽습니까?
3. 참새는 어떻게 전깃줄에 무사히 앉아 있습니까?
4. 왜 교류를 씁니까?
5. 100v와 220v를 쓰는 이유는 각각 뭡니까?
6. 일본은 동네에 따라서 Hz가 다르던데 전기와 주파수가 무슨 상관입니까?

1.
물(water-current)는 높이(height) 가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐릅니다.
전기(electric-current)는 높이(voltage,전압)가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐릅니다. 높은 곳을 + 로, 낮은 곳을 – 로 하자고 약속했지요.
따라서, +-는 절대값이 아닌 상대적인 개념입니다.
(예를 들면)
(1) + = +120V, – = 0 V 이면, 이 전선의 전압은 120V,
(2) + = +60V, – = -60 V 이면, 이 전선의 전압은 120V,
(3) + = +240V, – = +120 V 이면, 이 전선의 전압은 120V,

2.
하지만, 인간몸의 전압이 0V이므로, 위의
(1) 에서 (+)를 잡으면 감전 (전류가 전선에서 몸으로 흐름)되고,
(-)를 잡으면 괜찬음(전류가 흐르지 않음)
(2) 에서 (+)를 잡으면 감전 (전류가 전선에서 몸으로 흐름)되고,
(-)를 잡아도 감전 (전류가 몸에서 전선으로 흐름)
(3) 에서 (+)를 잡으면 감전 (전류가 전선에서 몸으로 흐름)되고,
(-)를 잡아도 감전 (전류가 전선에서 몸으로 흐름)

따라서, (-) 를 절대적으로 0V로 만들기 위해서는 그 전선을
땅속 깊이 박아놓거나, 집의 수도관에 묵어 놓으면,
그 (-) 는 잡아도 감전되지 않습니다.
이것을 접지 (grounding) 라고 하지요.
이것을 해놓지 않으면, 실외 안테나에 번개치면, 전류가 집안으로 들어와서
TV가 작살이 나고, 사람도 죽을 수 있습니다.

2. 왜 감전되면 죽습니까?

전선에 전류가 흐르면, 열이 발생합니다.
oven이나, range를 사용할 수 있는 이유이지요.
사람 몸에 전류가 흐르면, 사람 몸이 안으로 타서 죽을 수 있습니다.
(사람마다 다릅니다. 어떤 이는 번개맞아도 안 죽습니다.
잭 바우어는 절대 안 죽습니다.)

3. 참새는 어떻게 전깃줄에 무사히 앉아 있습니까?

(case1) 참새가 양쪽 발을 하나의 전선에 닿고 있으면,
전압차가 없으므로 전류가 흐르지 않습니다. 안 죽습니다.
(case2) 참새가 양쪽 발을 다른 전선에 닿아 있으면, 죽습니다.
(case3) 참새가 양쪽 발을 변압기 이쪽 저쪽에 닿고 있으면, 죽습니다.

4. 왜 교류를 씁니까?

(에디슨은 죽을 때까지 직류의 우수성을 선전했으나,
받아들여 지지 않았고, 교류가 채택되었지요)

교류의 장점(직류에 비해)은
첫째, 전기를 발전시킬 수 있지요. (자동차의 alternator 처럼)
두째 (더 중요한 것은), 전압을, 변압기를 통해, 조정할 수 있습니다.
전기를 발전소로 부터 집까지 수송하는데 가장 문제점은 중간에
열의 발생으로 인한 에너지 손실입니다.
그 손실을 극소화 할 수 있는 방법중의 하나가, 높은 전압으로 전류를
보내는 방법이지요. 그래서 집근처에서 낮은 전압으로 내립니다.
교류는 전압을 쉽게 바꿀 수 있지요.

5. 100v와 220v를 쓰는 이유는 각각 뭡니까?

100 V로는 사람이 죽을 가능성이, 200V를 쓸 때 보다 훨씬 낮습니다.
인간이 우선인 나라에서는, 100 V 쓰고,
에너지 절약이 우선인 나라에서는 200 V 씁니다.

3. 참새는 어떻게 전깃줄에 무사히 앉아 있습니까?

(case4) 참새가 한쪽발은 전선에 닿고,
다른 쪽 발은 땅에 닿으면, 죽습니다.

(case5) 참새가 한쪽발은 전선에 닿고,
다른 쪽 발은 땅에 닿아 있지만,
땅에 닿은 발에 고무장화를 신고 있으면, 안 죽습니다.

네, 잘알았습니다. 감솨~~~~

박사님, 6번이야 말로 궁금한건데.. 주파수와 전압의 관계?.. 답변해주실분?

6. 전기와 주파수가 무슨 상관입니까?

먼저, 발전소에서 (일반적으로) 전기를 만들어낼 때, + 와 – 로 바꾸는 횟수를
주파수라고 합니다. 60Hz 는 +- 가 1초에 120번 바뀐다는 이야기지요.

질문의 의도가 미국(120V, 60Hz)에서 쓰는 전기기구를,
외국(240V, 50Hz)으로 가져갔을 때 무슨 일이 일어날까로 한정합니다.

전자제품에서 열이 나는 것은 (전류의 제곱)에 비례하지요.
그리고, 전류는 전압에 비례합니다.

(case1) 전압이 다를 경우;
따라서, 만일 120 V 용 전자제품을 240 V에 꽂으면,
전류가 100 % 증가하고, 전자제품이 열을 뿜어내고
타버려서, 못쓰게 됩니다.

(case2) 주파수가 다를 경우;
우리 주위에서 사용하는 전자 제품은 크게
(1) resistor, (2) capacitor, 그리고 (3) inductor 를 사용하고,
그 종류에 따라서 주파수와 전기의 상관관계가 다름니다.

(1) resistor 를 이용한 전자제품;
전기 heater가 있으며,
60Hz 용의 제품을 50Hz 에 꽂아도 아무런 문제 없습니다.
어느 주파수를 사용하든지, 전류는 변하지 않습니다.

(2) capacitor 를 사용한 전자제품;
computer의 keyboard가 있으며,
전류는 주파수에 비례합니다.
따라서, 60Hz 용의 전자제품을 50Hz에 꽂으면,
기계안에 흐르는 전류가 17% (= 50/60) 감소합니다.
기계가 비실비실될 수가 있겠지만, 터지지는 않습니다.

(3) Inductor를 사용한 전자제품;
hair dryer, 자동 치솔 충전기, induction cooker 이 있으며,
전류는 (1/주파수)에 비례합니다.
따라서, 60Hz 용의 전자제품을 50Hz에 꽂으면,
기계안에 흐르는 전류가 20% (= 60/50) 증가합니다.
기계가 열받아서 타버릴 수가 있습니다.

감전되었을 때 죽는 이유는 타서 죽는 경우(고압, 고전류)도 있지만 대부분은 심장마비로 죽습니다. 인체의 근육도 아주 미세한 전기 자극(전류)를 통해서 움직이게 되는데 심장도 마찬가지로 심근에 규칙적인 전류가 흐르면서 심장이 뛰게 됩니다. 그런데 외부에서 심장에 전류가 흐르게 되면 규칙성을 잃어버리고 경련을 잃으키게 됩니다 (심실 세동). 이 상태로 몇 분 지나게 되면 사망하게 되겠지요. 그래서 응급처치할 때 심장 마사지나 심실 세동기로 심장의 리듬을 다시 돌려놓는 일을 하는 거구요. 정확히 기억은 안 나지만 심장에서 흐르는 전류는 수mA 정도 였던것 같은데 감전되었을 때 문제되는 것은 보통 전압보다는 전류 때문인 경우가 많습니다. 실제로 감전되었을 때 수십mA만 흘러도 아주 위험합니다.

SD.Seoul님 의견중에서
“100 V로는 사람이 죽을 가능성이, 200V를 쓸 때 보다 훨씬 낮습니다.
인간이 우선인 나라에서는, 100 V 쓰고, 에너지 절약이 우선인 나라에서는 200 V 씁니다.” 부분은 잘 이해가 안 갑니다.
똑같은 상황에서는 100V나 200V에서나 죽을 사람은 죽고 안 죽을 사람은 안 죽습니다. (어차피 인체에 치명적인 건 전류이고 수십mA면 충분히 위험한 수치입니다) 한국도 예전에는 110V를 쓰다가 전력 소비량이 많아지면서 220V로 승압을 했습니다. SD.Seoul님 의견대로라면 흔히 좀 더 인간 우선 국가라고 하는 유럽 국가(독일:230V, 프랑스:230V, 스위스:230V, 영국:230V 등)는 어떻게 설명하실런지요?

SD 서울님의 해박함과 여유와
그리고 유머러스함에 존경을 표합니다.
공부잘했습니다.
나중에 아이들이 물어볼때 정말 유용할 것 같습니다.

명쾌한 설명에 감사드립니다.
결국 우리가 말하는 120v 라는 것이, 120v 와 0v 가 아닌, 양극의 전압차라는 말씀으로 이해하면 되겠네요.

마치 ‘전기-전자 for dummies’ 책의 앞부분을 읽는 것 같군요. 실제로 이렇게 쉽게 전기에 대해 풀어놓은 책이 있을까요? 영어든 국어든 상관없이.. 한권사서 읽어보고 싶네요. 좋은 해설(?) 감사합니다.

a님/은 무엇을 말씀하시려는 건지, 저는 알 수가 없군요.
님이 말씀하시려는 것은,
(1) 인체에 치명적인 것은 /전류/이지, /전압/이 아니다.
그리고 전류와 전압은 상관관계가 없다 입니까?
(2) 100 V나 200 V 나 사람이 죽는 것은 똑 같고,
따라서 그 둘은 안전면에서는 아무런 상관관계가 없다입니까?
(3) 유럽 국가가 미국보다, 무조건, 좀 더 인간 우선 국가라는 말씀이십니까?
아니면,
(4) 좀 더 인간 우선 국가임에 틀림이 없는 유럽이 230V를 쓰기 때문에,
미국이 110 V를 쓰는 이유는, 인간의 safety 문제와는
아무런 상관이 없어야만 한다입니까?
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제가 임의로 제시한 위의 질문에 답한다면,
(1) 전류때문에 위험하지만, 전류를 흐르게 하는 원인이 전압이므로,
전류와 전압을 분리시켜 생각할 수 있는 것은 아닙니다.
따라서, 사람이 죽는 것은 전류때문이지, 전압때문이 아니다 라는 말은
어불성설입니다.
(2) 200V 에서보다, 100V 를 쓴다면 안전 사고를 substantially 줄일 수 있습니다.
간단히 생각해서, 전류는 전압에 비례하므로,
몸을 통과하는 전류를 반으로 줄일 수 잇는 것이지요.
반으로 줄여 봤자 얼마나 차이나겠느냐고 생각한다면,
제일 밑의 표를 보십시요.

어른 여자는 11mA이 흐르면, 전선을 놓지 못하며, 죽을수 있습니다.
하지만, 그보다 조금 낮은 6mA 에서는 painful하지만, 전선을 놓고
살아날 수가 있습니다.

인간의 몸에 얼마의 전류가 흐르느냐는 간단한 식에 의합니다.
I = V/R, V = 전압차, R = 몸의 저항입니다.
어른의 젖은 손과 손의 저항은 약 15000 Ohm 으로 알려져있습니다.
만일 220V 를 쓴다면, 몸의 전류는 14.7 mA 입니다.
110V 였다면, 전류는 그 반인 7.4 mA 이겠지요.
보시다시피, 110V 냐, 220V 이냐는 생명이 왔다갔다하는 문제이지요.

(3) 또 다른 안전성에 있어 차이점은 바로, 피부저항(skin resistance)입니다.
보통 200 V 이상이 되면 피부는 더이상 몸을 보호할 수 없습니다.
피부는 외부의 전기 공격으로부터 저항을 더할 수 있는 능력을 상실합니다.
전기 충격이 곧바로 피부 안으로 들어가지요.
200V 가 피부가 인간의 몸을 보호할 수 있는 maximum 이라는 말이지요.

(결론은)
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좀 더 인간 우선 국가라고 하는 유럽 국가(독일:230V, 프랑스:230V, 스위스:230V, 영국:230V 등)는 어떻게 설명하실런지요?

저의 답; “유럽은 좀 더 인간 우선 국가가 아니다.”
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BODILY EFFECT DIRECT CURRENT (DC) 60 Hz AC 10 kHz AC

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Slight sensation Men = 1.0 mA 0.4 mA 7 mA
felt at hand(s) Women = 0.6 mA 0.3 mA 5 mA

---

Threshold of Men = 5.2 mA 1.1 mA 12 mA
perception Women = 3.5 mA 0.7 mA 8 mA

---

Painful, but Men = 62 mA 9 mA 55 mA
voluntary muscle Women = 41 mA 6 mA 37 mA
control maintained

---

Painful, unable Men = 76 mA 16 mA 75 mA
to let go of wires Women = 51 mA 10.5 mA 50 mA

---

Severe pain, Men = 90 mA 23 mA 94 mA
difficulty Women = 60 mA 15 mA 63 mA
breathing

---

Possible heart Men = 500 mA 100 mA
fibrillation Women = 500 mA 100 mA
after 3 seconds

---

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SD.Seould님

감전에 대한 제 경험이 있습니다.
초딩시절 시골에 갔을때 어두운가운데에 부엌에서 백열등을 꽃으려다가 순간적으로 온몸이 부르르 감전되면서 떨렸습니다. 그런데 기억으로는 손을 놓았던거 같고, 그리고 죽지않았고 지금까지 살게 되었는데요.

시골이었고 110V였습니다. 이때 만일 220V였다면 죽었을까요? 또한 110V였어도 온몸에 감전되어서 떨었는데 계속되었으면 죽을수도있었겠는데 운좋게 살게된걸가요?

당시 경험으로 나도모르는 머리나 몸에 어딘가에 정상적이지 않으면서 살수있을까요? 때론 정상적인 머리를 가지고 있지 않은거 같다는생각이 들지만 이건 감전의 후유증은 아닌거 같기고 하고…

나도 어렸을 때 친구와 서로 한쪽 전기줄을 잡고 악수하면 어떻게 되나 궁금해 하다가 진짜로 잡아 봤는데, 찌릿 아직도 기억이 생생합니다.
잡자 마자 손을 놔서 여기껏 잘 버티고 있는데 알고보니 220V였으면 황천길행 이었을 수도 있었군요. 흐미…내 자식은 그런짓 못하게 해야지…

선/서님의 답변에서 파파팟 스파크가 납니다. 모처럼 손쉽고 잼있는 설명 감사드립니다. 잭바우어 예시에서 무너졌습니다. 그 양반 아무래도 25시간 사는 듯…

갠적으로 윗두분 처럼 감전경험은 없지만, 요즘처럼 여름이 오는 계절에도 코스코에서 경험하는 정전기는 아주 주금입니다. 겨울에는 옷마다 클립으로 더덕더덕 장식을 하고 다닙니다. (크립을 하게되면 정전기가 줄어듭니다.) 지난 주에 쥬스 들어내다가 쇠난간 근처에 손을 가져가다가 정전기가 일어나면서 불꽃이 튀는 것을 보고 지나가던 사람들이 다 쳐다보더군요. 무슨 기인열전도 아니고..사정이 이러다보니 카드도 손수건으로 감싸고 장본답니다.

그런데, 자세히 살펴보니 저만 그런 것이 아니더군요. 혹여 창고형매장에서 정전기를 줄이는 방법이 없을까 하고 잠시 생각해봤습니다. 대박은 아니더라도 좋은 비지니스 아이템은 아닐까 하구요.. 다시한번 선/서님의 자미있는 글 감사드립니다.

SD.Seoul님 (젖은) 손의 저항값이 15,000옴이라는 사실은 어디서 구하신 건지요? 제가 찾아본 자료에는 500에서 1000옴(또는 수천 옴) 정도라고 나오는데요. 그리고 젖은 경우에는 1/10에서 1/25 정도로 줄어든다고 봤거든요. 이게 사실이라면 200볼트일 때 100볼트보다 전류량이 2배가 되지만 둘다 치사량 이상의 전류이기 때문에 위험하기는 마찬가지입니다. 물론 200볼트가 더 위험하다는 사실에는 공감합니다.

a님/
젖은 손을 통한 저항이 약 15,000 Ohm 이라는 것은 다음의 몇군데에서
보실 수 있습니다.

The electric resistance of your wet hand is large (about 20,000 Ohms).
http://
acept.asu.edu/courses/phs110/ds/appendixC.html

With water sprinkled on my fingers to simulate sweat, I was able to measure a hand-to-hand resistance of only 17,000 ohms (17 kΩ).
http://
http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_3/4.html

제가 추측하기는 a님이 말씀하시는 젖은 손의 1000 Ohm 정도의 저항은
그냥 skin-to-skin 저항의 값과 비슷합니다. Skin-resistance 하지요.

제가 말씀드리는 저항값(~15,000 Ohm) 은 왼손-to-오른손 으로 통하는
저항값입니다.
그리고 위에서 말슴드렸듯이, skin-resistance는 200 V 이하의 전압에서는
인간 몸을 보호할 수 있지만, 200 V가 넘어가면, 순간적으로 타버려서,
인간 몸을 보호하는데 쓰이지 못합니다.

쉬운 설명 감사드립니다. ^^

SD.Seoul, thanks for the wonderful explanation.

SD.Seoul님의 쉬운 설명 감사드립니다.
한 가지 정정사항이 있어 글씁니다.
교류의 경우 등가 전압 혹은 전류는
rms (root mean square)로 계산하셔야합니다.
따라서 220V 교류의 경우 15000 ohm의 저항에 흐르는 전류는
14.7mA가 아니가 (0.707/2)x14.7mA = 5.2mA 입니다.

Quality님/
일반적으로, 집에 220 AC 가 사용된다 라고 말할 때,
220 V 가 바로 rms 입니다.
그리고, 최대 peak voltage는 = 311V ( = 1.41 x 220V) 이지요.

따라서, 15,000 옴을 지나는 전류는
최대 전류 = (peak current) = 311 V/15000 = 21 mA 이고,
rms 전류 = 220 V/15,000 = 14.7 mA 입니다.

SD Seoul님 저도 질문입니다.
대학때 방배동 한 까페앞에서 친구를 기다리다가 오래 서있기 피곤해서.. 무심코 까페앞 네온사인 광고판이 위에 달린 쇠기둥 두개를 각각 양손으로 짚었는대, 갚자기 앞으로 퍽 하고 밀려나갔습니다. 밀리는 힘이 정말 대단했던 기억입니다. 전 순간적으로 어떤넘 이 뒤에서 미는 장난을 치나하고 화가 나서 돌아보았는대 뒤에 아무도 없었습니다.
바로 그 순간 내가 감전된거구나 하는 생각이 들었습니다. 도대체 어떤 원리로 이때 제가 감전된겁니까? 네온사인이 달린 쇠기둥이면 위험한 고전압에 감전됬던걸까요? 그리고 왜 저는 쇠기둥에 붙지않고 밀려나온걸까요?

ByteClub님/
죄송합니다…모르겠습니다… ;;

ㅠㅠ 어쨌든 감사. ㅠㅠ