1암페어는 몇 개인가

1. 왜 구리는 통하고 고무는 안 통하는가

제1강에서 전선 안에 전자가 이미 가득 차 있다고 썼습니다. 그런데 왜 어떤 물질에는 차 있고 어떤 물질에는 없을까요. 여기서부터가 진짜 시작입니다.

모든 물질은 원자로 되어 있습니다. 원자 가운데에 원자핵이 있고, 그 둘레를 전자가 돕니다. 원자핵은 플러스, 전자는 마이너스라서 서로 당깁니다. 그래서 대부분의 전자는 자기 원자에 붙잡혀 있습니다.

그런데 금속은 다릅니다. 구리 같은 금속은 원자마다 바깥쪽 전자 하나가 거의 묶여 있지 않습니다. 붙잡는 힘이 약해서 옆 원자로, 또 그 옆으로 자유롭게 옮겨 다닙니다. 이걸 자유전자라고 부릅니다.

그리고 이 둘 사이에 반도체가 있습니다. 평소에는 안 통하는데 조건을 주면 통하는 물질입니다. 실리콘이 대표입니다. 태양광 패널이 실리콘으로 만들어지는 이유이자, 이 공부의 5강에서 다룰 이야기입니다.

2. 1암페어는 정확히 몇 개인가

이제 세는 이야기입니다. 전자 하나가 가진 전하량은 이미 정해져 있습니다. 사람이 정한 게 아니라 자연이 그렇습니다.

너무 작아서 감이 안 옵니다. 그래서 뒤집어 봅니다. 1쿨롱은 전자 몇 개일까요.

쿨롱은 결국 전자를 세는 묶음 단위입니다. 계란 한 판이 30개인 것처럼, 전자 624경 개가 1쿨롱입니다.

여기까지 오면 암페어의 정의가 그냥 나옵니다.

그러니까 휴대폰을 2A로 충전하고 있다면, 케이블 안에서 1초마다 전자 1,248경 개가 지나가고 있는 겁니다.

3. 그런데 전자는 걷는 것보다 느립니다

제1강에서 놀랐던 자리를 이제 숫자로 볼 수 있습니다.

초당 624경 개가 지나간다니 엄청나게 빠를 것 같습니다. 그런데 아닙니다. 전자 하나하나는 한 시간에 수십 센티미터쯤 움직입니다.

이게 모순이 아닌 이유는 전선 안이 이미 꽉 차 있기 때문입니다. 구리 1세제곱센티미터 안에 자유전자가 약 8.5 × 10²²개 들어 있습니다. 8해 5천경 개입니다.

기차를 생각하면 됩니다. 맨 앞 칸이 출발하면 맨 뒤 칸도 거의 동시에 움직입니다. 그렇다고 맨 뒤 칸이 순간이동한 건 아닙니다. 연결이 되어 있어서 밀림이 전달된 것뿐입니다.

4. 전압을 다시 봅니다

제1강에서는 전압을 수압이라고 했습니다. 물을 치우면 이렇게 됩니다.

여기서 중요한 게 하나 나옵니다. 전압은 항상 두 지점 사이의 차이입니다. "여기 전압이 5V다"라는 말은 사실 정확하지 않습니다. "이 점과 저 점 사이가 5V"가 맞습니다.

건전지에 왜 플러스와 마이너스가 둘 다 있는지, 왜 한쪽만 연결하면 아무 일도 안 일어나는지가 여기서 설명됩니다. 높은 곳과 낮은 곳이 있어야 흐르니까요.

5. 세 숫자를 곱하고 나누기

이제 스펙표를 읽을 준비가 됐습니다. 필요한 식은 두 개뿐입니다.

그런데 실제 배터리 스펙표를 보면 Wh가 아니라 이렇게 적혀 있는 경우가 많습니다.

Ah는 전류 × 시간입니다. 여기에 전압을 곱하면 우리가 아는 Wh가 됩니다.

이 변환을 못 하면 제품 두 개를 비교할 수 없습니다. 어떤 회사는 Wh로 적고 어떤 회사는 Ah로 적기 때문입니다.

6. 그리고 스펙표는 그대로 믿으면 안 됩니다

512Wh 배터리로 60W 노트북을 쓰면 몇 시간일까요. 계산은 이렇습니다.

512 ÷ 60 = 약 8.5시간

실제로는 8.5시간이 안 나옵니다. 두 가지가 중간에서 빠져나갑니다.

이 0.8이 스펙표의 숫자와 현실 사이의 간격입니다. 앞으로 계산할 때마다 붙게 됩니다.

7. 단위 앞의 글자

마지막으로 접두어입니다. 전기에서 다루는 값의 범위가 극단적이라 매번 0을 세지 않으려고 묶음 이름을 붙였습니다.

이번 강에서 손에 넣은 것

• 전기가 통하는 건 재료의 문제가 아니라 자유전자가 있느냐의 문제다
• 1A는 1초에 전자 624경 개가 지나가는 것이다
• 전자는 느리지만 이미 꽉 차 있어서 밀림이 즉시 전달된다
• 전압은 한 점의 값이 아니라 두 점 사이의 차이다
• V × Ah = Wh. 이 변환을 못 하면 제품 비교를 못 한다
• 스펙표에 × 0.8. 인버터와 배터리 보호가 먹는 몫