암페어(Ampere) - 전류의 단위

암페어(Ampere)란 국제단위계(SI)의 기본단위로 전류의 세기를 측정하는 단위이며 기호로 A를 사용한다.

전자기현상과 전기역학에 공헌하여 많은 업적을 세운 프랑스의 물리학자이자 수학자인 André-Marie Ampère(앙드레마리 앙페르, 1775~1836)의 이름을 기리기 위하여 사용하였다. 국어 표현에서 사람 이름을 표현할 때에는 앙페르, 전류단위로 사용할 때에는 암페어라고 쓴다.

 

 

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"1암페어는 1s(second,초) 동안 1C(Coulomb, 쿨롱)의 전하가 흐르는 것을 의미한다."

 

 

어느 도선이든 상관없이 1초동안 1C의 전하가 이동하면 1A의 전류가 흐른다고 이해하면 된다.

 

그런데 1C(쿨롱)의 정의는 1A(암페어)의 전류가 1초동안 흘렀을 때 이동하는 전하의 양이라고 정의하였다.

쿨롱(Coulomb) - 전하의 단위

 

여기서 뭔가 이상하지 않은가?

 

정의상 암페어와 쿨롱이 서로를 상호참조 하고 있다. 즉, 암페어의 정의에서 쿨롱을 사용하고 쿨롱의 정의에서 암페어를 사용한다. 이렇게 어떤 단위(unit1이라고 하자)를 정의할 때, 이미 정의된 다른 정의(unit2라고 하자)를 이용한다면 그것은 unit2가 unit1보다 시간적으로 먼저 정의된 것이라고 볼 수 있거나, 아니면 동시에 정의된 것이라고 밖에 생각할 수 없다.

 

그렇다면 암페어와 쿨롱은 그 정의에서 상호참조를 하고 있으므로 동시에 정의된 것인가?

 

역사적 맥락을 살펴보니 그렇지는 않았다.

 

1948년 제9차 국제도량형총회(Conference generale des poids et mesures, CGPM)에서 암페어는 다음과 같이 정의되었다.

"무한히 길고 무시할 수 있을 만큼 작은 원형 단면적을 가진 두 개의 평행한 직선 도체가 진공 중에서 1 m의 간격으로 유지될 때, 두 도체 사이에 매 m당 2×10^-7 N의 힘을 생기게 하는 일정한 전류"

 

이 정의에서 쿨롱은 사용되지 않았다.

그 다음 쿨롱이 이 암페어의 정의를 이용하여 1A(암페어)의 전류가 1초동안 흘렀을 때 이동하는 전하의 양이라고 정의되었다.

 

1948년의 암페어의 정의는 모호한 표현(무한히 길고 무시할 수 있을 만큼 작은 원형 단면적 )과 실험적 구현의 어려움을 이유로 2018년 제 26차 CGPM에서 암페어를 재정의 하였는데 이미 실험적으로 검증된 상수 값을 이용하여 암페어를 쿨롱과 시간의 관계식으로 표현하기 위하여 기본전하 e 의 값을 1.602176634×10^-19C로 정의하였다. 그 결과 쿨롱의 정의는 변하지 않았지만 그 값이 기본전하의 배수로 표현될 때에는 그에 맞춰 변경되게 되었다.

수식으로 표현하자면 다음과 같다. A = C × s, C = A/s

이러한 역사적 흐름 때문에 쿨롱과 암페어의 정의에서 서로를 상호 참조하게 된 것이다.

 

 

그리고 전류와 관련하여 또 한가지 헷갈리는 내용 중 하나는 "전류의 흐름과 전자의 흐름은 반대이다"라는 표현일 것이다.

오늘날 우리는 전류는 양극에서 음극으로 흐른다고 배우고 있으며, 밝혀진 사실은 전류란 자유전자(음전하)가 양전하 쪽으로 이동하면서 발생하는 현상이기 때문에 실질적으로 전자가 음극에서 양극으로 움직이는 것이 맞다. 그래서 전류와 전자의 흐름이 반대라고 말하는 것이다.

 

하지만 전류와 전자의 흐름이 반대이다라는 사실은 직관적으로 이해하기 어려운 부분이다.

이것 역시 역사적 맥락을 살펴봐야 하는데 전기현상은 늘 우리 주위에서 볼 수 있는 자연 현상이었고 과학자들이 본격적으로 전기에 대한 실험과 연구를 시작했을 때에도 전기가 플러스 전기와 마이너스 전기로 나누어진다는 사실은 알았지만 전자의 존재에 대해서는 알지 못했다.

 

예를 들어  18세기에 번개를 연구하여 피뢰침을 발명한 벤자민 프랭클린도,1800년경 최초로 볼타전지를 발명한 이탈리아 물리학자 Volta도 전기의 흐름은 +에서 -로 흐른다고 생각했으며 전기장의 정의 역시 양전하를 기준으로 만들어졌다.

이런식으로 전류의 흐름이 양에서 음으로 가는 것으로 인식이 고착화 되었으며, 모든 전기적 이론이 이를 바탕으로 만들어졌다. 19세기 후반이 되어서야 전자(자유전자)의 존재가 밝혀졌고, 이러한 자유전자의 움직임으로 전류 현상이 발생하는 것을 알게되었다.

 

하지만 이미 고착화되어버린 관습 때문에 아직까지도 전류는 양극에서 음극으로 흐르는 것으로 배우고 있으며, 전류가 양에서 음으로 흐르던 음에서 양으로 흐르던 전기현상에서 나타나는 실질적인 차이는 없기 때문에 그러한 관습을 뒤엎어버릴 필요가 굳이 없기도 하다. 전자가 양전하를 가진 원자로 이동하면 전자를 잃은 원자는 양전하를 가지게 되기 때문에 상대적으로 양전하의 움직임은 전자의 움직임과 반대라고 볼 수도 있고 양전하와 음전하의 크기는 부호만 반대일 뿐 같기 때문에 전류가 양에서 음으로 흐른다는 것이 꼭 틀린 표현이라고 볼 수도 없다. 아래 그림을 보면 무슨 뜻인지 이해가 좀 더 쉽게 될 수 있을 것이다.

 

 

출처: https://www.douglaskrantz.com