▶  전원의 직렬,병렬 연결

너무해, 너무해. 난 대회 끝날 때까지 뛰어보지도 못했어.

미안해. 우리가 방향을 몰라서...

그거 알아? 전지 두 개가 서로 반대 방향으로 밀면 전류가 흐르지 못하는 거? 전구를 2개 연결할 때 직렬과 병렬 연결 방법이 있었듯이 전지를 2 개 연결할 때도 직렬과 병렬 연결이 가능해. 쉬운 직렬 연결부터 알려 줄게. 전지와 전구의 차이 중 두드러진 점을 말해 봐.

내가 그걸 알면 네가 마라톤 출발점을 떠나보지도 못하게 했겠니?

묻는 내가 잘못이지. 물론 여러 가지 다른 점이 있지만 전지와 같은 전원은 (+)와 (-)극이 있지. 즉, 방향이 있어. 하지만 전구와 같이 전지의 에너지를 다른 에너지로 바꾸는 것들의 대부분은 방향성이 없어. 따라서 전구 2 개를 직렬로 연결할 땐 고민할 게 없었지. 하지만 방향성이 있는 전지 2 개를 직렬로 연결하려면 생각을 좀 해야 해.

그렇겠네.

전지 두 개와 전구를 한 줄로 이어서 연결해보자. 이때엔 전지의 한쪽은 전구에, 다른 쪽은 다른 전지에 연결되지. 이러한 연결을 전지의 직렬 연결이라고 해.

먼저 아래 동영상을 관찰해봐.

두 전지를 같은 방향으로 연결 것은 불이 들어오고, 마주보게 연결한 것은 불이 들어오지 않아! 왜?

먼저 이미 배운 걸 조금 정리하구.

전류는 전하를 띤 입자가 이동하는 거야. 전지, 전구, 그리고 도선으로 만든 회로에서는 (-) 전하를 띤 전자가 이동해. 전자들이 이동하면 (-) 전하가 흐르는 거지. 그런데 전류는 (+) 전하의 흐름이라고 약속했기 때문에 전류의 방향은 전자의 이동 방향과 반대지.
전원은 에너지를 가지고 있고, 전자에게 압력을 주어 (-)극에서 (+)극으로 이동하게 하는 거야. 전류를 (+)극에서 (-)극으로 흐르게 한다고 볼 수도 있고.

전류의 방향과 같게 설명하기 위해 가상의 (+) 전하 띤 입자를 사용할 게. 전지 2 개를 같은 방향을 바라보게 연결했을 땐 전지가 가상의 입자를 같은 방향으로 두 번 밀어주는 것과 같지. 그래서 그 입자가 더 빠르게 이동하고, 따라서 전류가 많이 흐르지. 그 결과 많은 양의 에너지가 전구에서 빛 에너지로 바뀌므로 전구의 빛이 밝아.

이번엔 두 전지를 마주 보게 연결해 봐. 전지 두 개가 가상의 (+) 전하를 서로 반대 방향으로 밀잖아. 그러니까 회로를 통해 전류가 흐르지 않아.

너희 둘이 마주 보고 날 밀었던 것과 같지?

깊이 반성하고 있어. 그럼 전구처럼 전지도 병렬 연결이 있어?

전구의 병렬 연결에서 전구 2개가 두 손을 마주잠고 있는 것처럼 전지 2개가 두 손을 마주 잡고 있으면 병렬 연결이야. 그리고 일단 두 전지가 서로 손잡은 후에는 전구를 포함하는 회로를 한 전지의 (+)극과 (-)극에 연결하거나 두 전지 중간에 연결해도 상관없어. 그래서 아래 두 연결은 같은 거야.

먼저 두 전지를 같은 방향으로 연결하였을 때.

이때는 두 전지로 이루어진 회로는 서로 마주보게 직렬로 연결한 회로와 같지 그래서 그 회로로는 전류가 흐르지 않고, 전구를 포함하는 회로로 전류가 흘러.

두 전지를 서로 반대 방향으로 연결하였을 때.

이때에는 두 전지를 연결하는 회로로만 전류가 흐르고, 전구를 포함하는 회로로는 전류가 흐르지 않아. 왜냐하면 전지만으로 이루어진 회로는 저항이 거의 없는 탄탄대로이고, 전구를 포함하는 회로는 전구의 저항에 의해 험한 길이거든. 전류는 저항이 작은 길로 이동하려고 하지.

 직렬이든 병렬이든 전원은 마주 보게 연결하면 안되는구나. 그런데 궁금한 점이 있어. 전지 2 개를 같은 쪽 보고 형으로 직렬 연결한 경우와 같은 쪽 보고 형으로 병렬 연결한 것의 차이가 있을까?

모처럼 쓸만한 질문 하나 하는군. 먼저 아래 사진으로 결과를 확인해.

두 전지를 직렬 연결했을 때 전구의 빛이 더 밝아! 왜?

전지 두 개를 같은 방향으로 직렬 연결하면 아래 그림처럼 전류를 전지가 두 번 밀어주게 되지. 따라서 더 빠르게 흘러. 그러면 많은 양의 에너지가 전구로 전달되어 불빛이 환하자.

아하! 직렬 연결 했을 땐 두 번 밀어 주고 병렬 연결 했을 땐 한 번 밀어 주니까 전원을 직렬 연결 했을 때 더 많은 전류가 흐르는구나.

그럼 어느 전지가 오래 가겠어?

직렬 연결된 경우 건전지 하나가 두 명씩 밀고 병렬 연결된 경우 한 명씩 미니까 직렬 연결된 전지가 더 힘을 많이 써서 금방 닳겠다.