회로이론 키르히호프의 법칙 (Kirchhoff's Current Law , KCL, KVL)

이번엔 키르히호프의 법칙을 알아보겠다. 키르히호프의 법칙은 2가지가 있다. 하나는 전류 기준으로 하는 것과 전압을 기준으로 하는 것이다.

 

키르히호프의 전류 법칙 (KCL)

 

옴의 법칙은 소자 하나하나에 대해 적용할 수 있는 반면, 키르히호프의 전류 법칙은 소자 상호 간에 적용할 수 있는 법칙이다. 키르히호프의 전류 법칙은 전하 보존 법칙에 의한 것이다. 전하 보존의 법칙이란 "회로를 흐르고 있는 전하는 외부로 사라지거나 소멸될 수 없다. 즉, 전하의 총량은 변할 수 없다"이다. 

이 전하 보존의 법칙을 기반으로 한번 알아보자.

 

 

이처럼 키르히호프의 전류 법칙(KCL)이란, 한 노드로 흘러 들어가는 전류의 총합은 0이다. 다른 말로 하면 한 노드에서 흘러나오는 전류의 총합은 0이다.

또 다른 말로 하면 들어가는 전류의 양과 나오는 전류의 양은 같다.

 

예를 들어보겠다.

 

 

우리는 부호를 맘대로 지정할 수 있다. 들어가는 전류를 + 라고 해도 되고 - 라고 해도 무방하다. 이처럼 키르히호프의 전류 법칙은 간단하다.

 

 

키르히호프의 전압 법칙 (KVL)

 

키르히호프의 전압법칙 또한 간단하다. 앞선 키르히호프의 전류 법칙은 전하 보존의 법칙에 의한다면 키르히호프의 전압 법칙은 '에너지 보존의 법칙'에 의한다. 에너지 보존의 법칙이란 "에너지는 생성되거나 없어지지 않는다"이다.

에너지 보존의 법칙을 기준으로 하는 키르히호프의 전압 법칙(KVL)은 "폐회로를 일주하며 전압강하의 합은 0이다"로 정의된다.

 

전압강하란, 전압이 높은 곳을 기준으로 얼마만큼의 전압이 떨어졌는가를 나타내는 값이다.

 

 

왼쪽 그림부터 보면 루프가 시계방향으로 돈다. 그때 -에서 +로 가면 전압을 얻는다. 반대로 -에서 +로 가면 전압을 잃는다. 그렇게 다 더하면 폐루프 안에서의 총전압은 0 이 된다.

 

오른쪽 그림처럼 루프가 반시계 방향으로 돈다면 어떻게 될까?

왼쪽에서 부호만 바꿔주면 같은 식이 된다. 이게 KVL이다. 정말 간단하다!!