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전류의 성질

전류에 의한 열의 발생

전기 포트, 전기 다리미. 전기 난로, 토스터, 전기 밥솥, 전구 등과 같이 전류의 열 발생 작용을 이용한 기구는 우리의 생활 주변에서 흔히 볼 수 있다. 이와 같은 기구는 니크롬선이나 텅스텐선을 발열시켜 그 열이나 빛을 이용한다. 이때 발생하는 열은 사용하는 저항에 걸린 전압이나 흐르는 전류에 따라 어떻게 달라지게 되는지 알아보자.

금속 중의 자유 전자

자유 전자

自由電子 전자는 음극선의 연구로부터 발견되었으며, 모두 －전하를 띠고 있다는 것이 밝혀졌다. 모든 물질을 구성하는 원자는 그 가운데에 (+)전하를 띤 무거운 원자핵이 있고, 그 주위를 가벼운 전자가 돌고 있다. 원자핵의 (+)전하량과 전자의 (－)전하량은 같으므로, 원자는 일반적으로 전기적으로 중성이 되어 전기를 띠지 않고 있다. 그런데 이러한 중성 원자에서 전자가 1개 떨어져 나오게 되면 나머지 원자는 전체적으로 (+)전하를 띠게 된다. 이와 같은 원자를 양(+)이온이라고 한다. 절연체(전기가 잘 통하지 않는 물질)를 구성하는 원자는 어느 전자나 중앙의 원자핵과 단단히 결합되어 있기 때문에 (+)이온이나 원자핵에서 분리된 자유 전자는 존재하지 않는다. 이 때문에 절연체의 양끝에 전압을 걸어도 전하를 이동시키는 자유 전자가 거의 없으므로 전기가 통하지 않는다. 그러나 도체(전기가 잘 통하는 물질)에서는 금속을 구성하는 원자의 최외각에 있는 전자가 원자핵과의 결합이 약하므로 이 전자는 원자에서 떨어져 나와 금속 안에서 자유롭게 떠돌아 다닐 수 있다. 이러한 전자를 '자유 전자'라 한다. 즉, 금속은 규칙적으로 배열되어 있는 (+)이온과 그 속을 돌아다니는 자유 전자로 구성되어 있는 것이다. 금속선의 양끝에 전압을 걸면 자유 전자가 전지의 (+)극 쪽으로 이끌려 움직이기 시작한다. 사실은 이것이 전류의 근원이 되는 것으로써, 자유 전자는 회로를 따라 흘러간다. 전류의 방향은 전지의 (+)극에서 (－)극으로 흐르는 것으로 정해져 있기 때문에 전자가 흐르는 방향은 전류가 흐르는 방향과는 반대이다. 이때 금속 원자 (+)이온끼리는 서로 단단하게 결합되어 금속의 형태를 유지하고 있어서, 전압을 걸어도 (+)이온은 움직이지 않는다. 즉 (+)이온은 전류의 전도 수단이 되지 못한다.