직각배선에 대해서

제 글에서 논란이 된 것은 두 가지였습니다.
"전자의 속도"와 "직각배선의 문제"였습니다.
이중 '전자의 속도'는 어느 정도 설명이 된 것 같습니다. 그러나 아직 미진한 부분이 있는 것 같아서 가장 쉽고 잘 설명된 글을 인용해 실었습니다.

다음 정호윤님이 집요하게 지적하신 직각 배선에 대한 문제는 http://my.netian.com/~yangjuy/elecjado/do6-4.htm 에 기술된 회로도 패턴 디자인 기법에서 일부 인용해서 설명을 대신합니다.

<인용 1> 전자(전류)의 속도

보통 암페어의 단위로 표현되는 전류의 크기 또는 양은 단위시간당 통과된 전하(전도전자)의 양으로 정의됩니다. 즉,

i(전류) = q (전하량)/t(시간)

이며, 따라서 1암페어(A)는 1쿨롱(C)/1초(sec)의 값이죠. 어느 특정한 시간 t동안에 전하량 e(=1.6x10^-16 쿨롱)를 가진 전하(전도전자)가 전기선 내에서 길이 L을 만큼 이동한다고 하면 이때 전하의 속력은

v = L/t

가 됩니다. 그런데 도선 길이 L 내에는 몇개의 전도전자가 있을까요? 이 양을 알아야만 전류값을 알 수 있습니다. 일반적으로 구리도체의 경우 전도전자의 수는 구리원자의 수와 비슷하고, 구리의 원자량으로부터 따져보면 단위체적당 약 8.5x10^28개의 전자가 있음을 알 수 있습니다. 그러므로 도선의 단면적을 A라고 하면 길이 L 내의 전도전자의 수는

N = (8.5x10^28)AL (AL = 도선의 체적)

위에서 말한 시간 t 동안 N개의 전자가 길이 L을 이동한다면 이 사실로서 바로 전류값을 계산할 수 있고, 전류의 속력도 알 수 있습니다. 즉, 전류값은

i = Ne/t

입니다. 따라서 t = Ne/i 이므로 전류의 속력은

v = 거리/시간 = Li/(Ne) = i/(neA)

가 되지요. 여기서 n은 n = N/(AL) 입니다. 즉, n은 체적당 전도전자의 수이므로 앞에서 밝힌 8.5x10^28 개/m^3 입니다.

예를 들어 볼까요?

60W 전구에 220V의 전압을 걸어줍시다. 60W 전구라는 것은 전구의 소비전력이 60W라는 말이므로 220V를 걸어주게 되면 P(전력) = i(전류)V(전압) 에 의해 전구에 흐르는 전류값이 0.27A (암페어)라는 것을 알 수 있지요. 도선의 굵기가 지름 1mm 라고 하면, 도선내에 흐르는 전류의 속력은

v = i/(neA) = 0.000025 m/s

임을 알 수 있습니다. 즉, 1초 동안에 전류는 0.000025미터를 진행하지요. 이 속력은 전류가 1미터를 흐르는데 11시간이 걸린다는 뜻입니다. 아마 대부분의 사람들이 추측한 것 보다 무척 느릴 것입니다. 그럼에도 불구하고 전기 스위치를 ON시키면 바로 불이 들어 오는 것은 도선내에 전도 전자가 가득 들어 있고, 이러한 전자들은 스위치가 켜지는 순간에 거의 동시에 움직이기 때문입니다. 마치 긴 호스에 물이 가득 들어 있을 경우 수도꼭지를 열면 호수 끝에서 바로 물이 흘러나오는 이치와 같습니다.

- 전자(전류)의 속도에 대해서 왜 이렇게 설명하려고 애를 쓰느냐 하는 이유는 그만큼 도체의 재질이나 패턴의 형태, 굵기 등의 영향이 크다는 것을 설명하기 위해서입니다.


<인용 2.> 회로배선에서 직각배선을 피하는 이유

* 회로 배선(도체)가 구부러지면 단위 길이당 용량성(컨덕턴스)은 증가시키고, 유도성(inductive load)은 감소한다.

* 직각으로 구부러졌을 때 이런 현상이 최대치를 나타낸다.

* 회로의 꺽인 모서리를 45도 각으로 깍을 때, 57%까지 용량성을 감소시킨다.


보다 더 정밀하고 구체적인 자료나 이론은 계속 취재해서 보충하겠습니다.