전지의 전압 > 공지사항

전지의 성능을 나타내는 중요한 값으로는 전압, 용량,효율 같은 것들이 있다. 전지를 선택할 때 이들 성능의 의미를 올바로 이해해야 한다,

무선조종 자동차 전원으로 사용할 전지를 선택한다고 하자. “ 이 리튬 전지는 3V입니다 보통 건전지 2개를 직렬로 연결하는 것과 같습니다. ” 이 대화에서 무선조종 자동차와 같이 스피드를 겨루기 위한 전지를 고르는 경우 이야기가 간단치 않다, 어느 정도 세기로 전류를 보낼 수 있는가? 그 때 전압은 얼마로 내려가는가? 전지의 용량은 어느 정도인가? 충전시간은 얼마나 걸리는가? 사용 조건에 따라 달라지겠지만 수명은 얼마나 되는가등 여러 가지 사항을 고려해야 한다,

망간 건전지의 예를 들어보자 새 것의 경우 전류가 흐르지 않는 상태의 전압 (개로 전압)은 약 1.6v이며 전류가 흐르는 상태의 전압은 (폐로 전압)은 약 1.5V 이다. 보통 전지의 전압이라고 하면 이 폐로 전압을 나타내므로 이 값을 공칭전압이라고 한다. 단 많은 양의 전류가 흐르면 실제 전압은 훨씬 내려간다.

 반면에 연속방전에 약한 망간 건전지를 적당히 휴식시켜 가면서 사용하면 전압이 천천히 내려간다, 따라서 야외로 나갈 때 전지를 두 쌍 준비하여 교대로 사용하면 그 사용시간을 한 쌍을 사용했을 때 보다 2배 이상 길어진다. 1*2>2 라는 현상은 화학반응의 수수께끼라고 할 수 있다.

전지의 전압은 플러스 극과 마이너스 극의 홟물질의 고유한 전위에 의해 결정된다. 그런데 전지에서 전류가 방전되면 전압은 변한다. 왜 전압이 내려가는 것일까? 그것은 발전기와 마찬가지로 전지에도 내부저항이 있기 때문이다. 내부 저항은 작을수록 좋기 때문에 제조업체에서는 내부저항을 낮추기 위한 연구를 거듭하고 있다.

컴퓨터의 메모리 백업에 쓰이는 전지처럼 오랜 시간 동안 약한 전류를 흘려 보내는 경우에는 내부 저항이 큰 문제가 되지 않는다. 하지만 무선 조종 자동차의 전원이나 자동차의 납 축전지와 같이 순간적으로 큰 전류를 필요로 하는 경우에는 내부저항이 크면 다른 성능이 아무리 좋아도 쓸모 없는 전지가 되어버린다.

전지의 내부 저항은 전선이나 니크롬 선의 저항보다 복잡하다. 전지에는 단순히 도선에 전류가 흐르기 때문에 발생하는 저항 이외에도 “분극현상” 때문에 전극과 전해액의 경계 면에서 전위가 서로 달라지게 된다. 그림 참조

분극 현상이 일어나는 것은 단지 전극 표면에 수소기표가 달라붙기 때문이 아니라 전극에서 화학반응에 의해 생겨난 물질의 확산이 느려진다든지 전극 주변 이온의 움직임이 느려지기 때문이다.

따라서 전지의 내부저항에 의한 전압강하는 본래의 저항에 의한 값에다 분극에 의한 양쪽 전극의 전위 차이의 합을 모두 더한 값이 된다. 이와 같이 전지와 내부저항은 그 구성이 복잡하기 때문에 보통의 측정장치로는 제대로 잴 수 없다, 니크롬 선의 저항을 재는 경우에는 일정한 직류전압을 걸어주고 그때 흐르는 직류 전류의 세기를 측정하면 오옴의 법칙을 이용하여 전압을 구 할 수 있다. 그러나 전지에서는 직류전입을 걸어주면 전극 주변에서 분극현상이 일어나 전류의 세기가 일정치 않게 된다.

따라서 전지의 저항을 측정하려면 1~10kHz 정도 주파수의 교류전압을 걸어준다, 교류 전압을 걸어 주면 전류의 방향이 빨리 변화하기 때문에 분극의 영향이 나타나지 않게 된다. 이러한 교류전압을 걸어주는 회로를 ‘콜라위쉬 브리지(kohlrausch bridge)’ 라고 하는데 전지의 저항을 측정하는데 빼놓을 수 없는 기구이다.