회로 이론에 대한 물리학적 정리

1. 기전력

그림 . 하나의 저항과 기전력 장치로 이루어진 회로
전하의 흐름을 일정하게 유지하려면 전하의 펌프 같은 것이 필요하다. 이때 전하의 흐름을 일정하게 유지해주는 장치를 기전력 장치라고 한다. [그림 1]은 하나의 저항과 기전력 장치로 이루어진 간단한 회로이다. 보통 기전력 장치는 양극 단자의 퍼텐셜을 음극 단자보다 높게 유지한다. 이에 기전력 장치를 회로에 연결하면 내부의 화학반응에 의해 양전하가 화살표를 따라 음극에서 양극으로 이동한다. 즉 기전력 장치의 내부에서 양전하의 이동 방향은 두 극 사이에 걸린 전기장의 방향과는 반대이다. 고로 기전력 장치 내부에서는 전하를 이동시키기 위하여 일을 하는 에너지 샘이 있어야 한다. 전지나 연료전지에서는 화학적 에너지, 발전기에서는 물리적 에너지, 열전지에서는 온도 차이에 의해 나오는 에너지, 태양전지에서는 태양 에너지가 각각 일을 하는 힘의 원천이 된다.
[그림 1]에서 시간 동안 전하 가 회로 특정 부분을 지나간다고 할 때, 같은 양의 전하가 기전력 장치의 음극으로 들어가서 양극에서 나와야 한다. 이때 기전력 장치는 의 일을 에 해주어야 한다. 이때의 기전력은 회로의…(생략)