오늘은 키르히호프 제1법칙, 즉 키르히호프 전류 법칙(Kirchhoff's Current Law, KCL)에 대해 알아보겠습니다.
키르히호프 전류 법칙이란
저번 시간에 옴의법칙에 대해 공부했습니다. 하지만 옴의 법칙 만으로는 전기회로를 분석하는 데 충분하지 않습니다. 하지만 키르히호프의 두 가지 법칙을 옴의 법칙과 같이 적용하면 더 많은 회로를 분석하는데 도움을 줍니다. 키르히호프 법칙은 1847년 독일 과학자 키르히호프에 의해 처음 소개되었으며, KCL과 KVL 두 가지 법칙으로 구성되어 있습니다.
키르히호프 제1법칙, 즉 키르히호프 전류 법칙은 한 노드를 들어오는 전류의 합과 나가는 전류의 합이 같다는 것입니다. 다른 방식으로 표현하자면, 한 노드를 통과하는 전류의 대수적인 합이 0 이다 라고 표현할 수 있겠습니다. 어렵지 않은 이야기입니다. 그림을 통해 잠시 보시겠습니다.
그림 상단에 있는 분홍색 점을 봐주세요. 전기 선 3개가 접합된 부분 입니다. 우리는 그 부분을 보통 '노드'라고 칭합니다. (노드에 대해서는 나중에 문제를 풀면서 더 상세히 알아보겠습니다.) 키르히호프 전류 법칙은 한 노드를 들어오는 전류의 합과 나가는 전류의 합이 같다,라고 말씀드렸었습니다.
그림에서 노드를 나가고 있는 전류는 I2이고, 노드에 들어오고 있는 전류는 I1, I3입니다. 제가 화살표로 모두 표시해 뒀습니다.(vdc 가 0인 것은..제가 실수한 것입니다.ㅠ) 자 KCL의 정의에 맞게 수식으로 표시해 본다면
I2 = I1 + I3이 됩니다.
이걸 한 변으로 정리하면 0 = -I2 + I1 + I3 이 됩니다. 여기에서 '한 노드를 통과하는 전류의 대수적인 합이 0 이다.' 라는 정의를 충족하는 것을 알 수 있습니다.
키르히호프 전류법칙과 전하량 보존 법칙의 관계
키르히호프 전류 법칙은 전하량 보존 법칙과 그 결이 같습니다. 전하량 보존 법칙은 전하의 총 양이 보존된다는 법칙으로, 전하는 새로 만들어지거나 소멸되지 않고 처음의 양을 유지한다는 것입니다.
키르히호프 전류 법칙 역시, 전류(전하의 흐름)로 인해 한 노드에 전하가 들어왔다면, 같은 양의 전하가 그대로 나가야 한다(같은 양의 전류가 나간다.)는 법칙입니다.
이해가 매우 쉬운 개념이지만 회로 분석에서는 매우 유용하게 사용하니 꼭 숙지해 두시길 바랍니다. 다음 시간에는 KVL, 즉 키르히호프 제2법칙(키르히호프 전압 법칙)에 대해 알아보겠습니다.
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