기계 조립에는 이론도 필요하다

전압 전류 저항 V=IR

May 26. 2019

현재 내가 교과서로 삼고 따라가고 있는 책은 [MAKE : 초보 메이커의 전기공작]이다.

아무래도 더 복잡한 기계장치를 만들기 위해서는 전압-전류-저항과 같은 기본적인 이론을 알아야 한다. 언제까지나 책을 보고 시키는 대로만 하고 싶지는 않다.

이 기계장치를 움직이려면 얼마의 전압이 필요한지, 각 부품을 상하게 하지 않고 움직이게 하려면 얼마의 전류가 필요한지, 그러기 위해서는 얼마의 저항을 꼽아 전류를 낮춰줘야 하는지를 직접 계산할 줄 알아야 나중에 나만의 기계를 만들 수 있는 것 아니겠는가?

손으로 직접 만드는 것은 바로 눈 앞에 결과가 나오지만 이론은 지루하기 십상이다. 하지만 다행히 깔끔하게 정리가 잘 되어 있어 이해가 쉬웠고 또 하나 다행이었던 것은 우리나라 정규 고등교육과정을 밟았다면 다 아는 내용이었다는 것이다!

1. V=IR

정규 교육과정을 졸업한 지 꽤 지나서 언제 배웠는지는 꽤 가물가물하지만 이 위의 공식은 정말 입이 닳도록 외우고 다녔던 기억이 난다. 전압=전류 X 저항

이 회로도에 얼마의 전압이 흐르나? 전류는 얼마인가? 대부분 전압, 전류, 저항 세 개 중 두 개를 주고 하나의 값을 찾는 문제를 엄청 풀어댔던 기억이 있다. 수학도 아니고 왜 자꾸 1차 방정식 같은 문제를 과학시간에 풀어야 하는지 궁시렁 되면서 말이다. 그게 이렇게 도움이 될 줄이야.

그 당시의 나는 그 회로도가 그냥 학생들을 괴롭히기 위해 낸 기호 삽화 같은 것인 줄 알았다. 마치 소금물 비커 문제의 비커 그림이나 터널 기차 문제에 기차처럼. 하지만 그것이 현실 세계의 기계를 움직이기 위해 필요한 실용적인 과정이었다니! 만약 과학/수학 시간에 이 기호들로 네가 조립하면 진짜 움직이는 기계를 만들 수 있다고 설명해주거나 실습해 보았다면 나는 이른 나이에 더 열정적으로 기계를 조립하고 있을지도 모른다.

하지만... 뒤늦게나마 나에게 이런 지식을 넣어주고 떠난 의무교육 과정에 감사를 표한다.

2. 아두이노로 돌아와서

현재 조립하고 있는 아두이노는 5v 나 3.3v 짜리 전압을 출력 가능하다. 좋다, 그렇다면 우리가 이 전압으로 무언가를 이제 만들기 시작한다면 사용할 도구(깜빡이나, 스피커)가 얼마의 전류가 필요한지 알아내고, 남은 전류를 저항을 사용해서 없애주면 안정적인 회로를 제작할 수 있게 된다.

앞서 실습한 깜빡이의 빨간색 LED는 약 2.2v정도의 전압과 0.025A의 전류를 소비한다. 만약 5v 전압이 흐르는 회로에 빨간색 LED를 바로 연결하면 LED는 남는 2.8v의 전압을 견디지 못하고 타버리거나 망가질 것이다. 우리는 남는 2.8v를 저항으로 낮춰 줘야 한다. 그래서 우리가 앞서 만들었던 회로도가 나오는 것이다.

그렇다면 얼마의 저항이 필요한지 계산해보자!

5v-2.2v=2.8v ---(우리는 2.8v를 가져갈 저항이 필요하다)

V = IR

2.8=0.025xR ---(위에 필요한 전류가 0.025A라 하였다.)

2.8/0.025=R

112=R

112짜리 저항이 필요하다!

우린 이제 스스로 얼마만큼의 저항이 필요한지 알게 되었다. 하지만 이렇게 계산한 게 정말 맞는지, 도대체 내가 연결한 회로에 얼마의 전류가 흐르는지 바로 알 수 있는 방법이 있다.

3. 문제가 풀기 싫다면 치트키를 사용하자 - 계측기

물론 우리는 일일이 계산할 수 있다. 좋은 습관이다. 당신은 훌륭한 기계조립자가 될 것이다. 기계조립자보다 메카닉이 더 있어 보이니 앞으로는 메카닉이라고 부르겠다. (아이언맨 2를 보면 이유를 알 수 있다.)

문제집이나 평면도 세상에서는 일일이 손으로 계산하는 것이 맞다 그것이 과학점수를 올리는 지름길이다. 하지만 눈에 보이고 손에 잡히는 현실에서도 공책 펴놓고 계산하면... 뭐 그럴 수도 있겠지만 이런 깜빡이가 아닌 엄청 복잡한 기계의 회로도를 계산하다 보면 연필을 집어던지고 싶어 질지도 모른다.