■ 커패시턴스(Capacitance) 축전기(capacitor 커패시터) 또는 콘덴서(condenser)가 전하를 충전할 수 있는 능력으로 기호는 C를 사용하고 단위는 패럿(F, Farad)을 사용합니다. 정전 용량(커패시턴스)은 전극이 전하를 축적하는 능력을 나타내는 값으로 전극의 모양과 전극 사이의 유전체 종류에 따라 값이 결정 됩니다. C = Q/V[F] 로 1F는 1V의 전압을 가해서 1C의 전하가 축적되는 정전 용량을 말합니다. - 대전 : 어떤 물질이 양 또는 음전기를 띠는 것 - 대전체 : 전기를 띤 물체 - 충전 : 전기적으로 중성인 대전체가 전하를 가지게 되는 것 - 방전 : 대전체가 가지고 있던 전하를 잃어 버리는 것 - 접지 : 도체를 대지에 연결하는 것 - 정전기(靜電氣, Stati..
■ 전도전자와 평균 자유 행로 - 전도전자(傳導電子) : 전류가 흐르는데 도움을 주는 자유전자. 금속 또는 반도체 내에서 전위차(電位差)에 의해 이동하며, 전기 전도를 일으키는 자유 전자. - 이온 : 분자 또는 원자가 양전기 또는 음전기를 띤 상태 - 평균자유행로, 평균자유이동경로, 평균 자유 행정, 평균 자유 거리, 평균 충돌 거리(MFP, mean free path) : 금속내의 전자 운동은불규칙한 운동으로서 전자가 이온과 충돌하면 자신의 운동 에너지를 잃으면서 -E 방향으로 이동하게 되는데 이 평균 이동거리를 말합니다. 기체 분자의 이동에 대해서도 같은 방식의 이야기를 합니다. ■ 드리프트 속도 - 전기장(전계)의 영향하에 이루어 지는 전하의 이동 또는 전자의 이동을 드리프트(drift) 작용이라..
■ 전위와 전위의 크기 전위(電位, electric potential)는 안정된 전기장에서 단위 전하가 가지는 전기적 위치 에너지로 단위는 볼트(V)입니다. 특정 지점에서의 전압을 말합니다. 두위치 사이의 전위의 차이를 전위차(potential difference)라고 합니다. 볼트를 주로 사용하지만 전기에너지 J, 전하량 C에서 J/C로 표현할 수도 있습니다. ■ 전위의 기울기 전위의 기울기(G)는 전기장의 세기(E)를 나타내며 전위차 V, 거리 m 일때 G = V/m으로 나타낼 수 있습니다. 전류는 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르고 전자는 반대입니다. ■ 등전위면 전기장 중에서 전위가 같은 점들을 모두 연결했을때 나타나는 면으로 다음과 같은 특성을 같습니다. 전기력선과 직각으로 교차한다 등전위면..
■ 전하와 전류 - 대전(帶電, electrification or charging) 현상 : 어떤 물질이 전기를 띠는 것으로 그 원인은 충격 마찰 등으로 전자가 이동하여 생기는 전자의 과잉 또는 부족입니다. - 전하(電荷, electric charge) : 대전에 의해서 물체가 가지고 있는 전기로 양전하와 음전하가 있습니다. 가상의 점이 갖는 전하를 점전하, 전하의 양을 전하량이라고 하며 전하량의 단위는 쿨롱(coulomb, C) 입니다. 1 쿨롱은 약 6.25×10^18개의 전자나 양성자들의 전하의 양이고, 전자 또는 양성자 한 개의 전하량은 1.60218 ×10^-19 쿨롱으로 이를 기본 전하라 부릅니다. Q = It로 구하고 I = Q/t로 구합니다. ■ 쿨롱의 법칙 두 전하가 있을 때 다른 종류의..
■ 국부 작용 전극의 불순물 때문에 기전력이 감소하는 현상으로 전지를 쓰지 않고 오랜 시간 그냥 두면 못쓰게 되는 현상으로 아연 음극 또는 전해액 중 불순물 (Cu, Ni, Fe, Sb)이 섞이면 국부 전류에 의한 전극의 부분 용해로서 자체방전이 생기고 수명이 단축 됩니다. 이것을 방지하기 위하여 아연 전극에 수은도금을 하거나 순도가 높은 전극 재료를 사용 합니다. ■ 분극 작용(성극 작용) 일정한 전압을 가진 전지에 부하를 걸면 양극 표면에 수소 가스가 생겨서 전류의 흐름을 방행하는 현상으로 전지에 일정한 전류가 흐를 수 있도록 수소를 산화시켜 물로 만드는 감극제를 사용합니다. 위의 현상은 볼타 전지에서 일어나는데 볼타전지는 양극에 구리(Cu), 음극에 아연(Zn)을 사용하고 물에 전기가 흐르도록 묽은..
■ 저항의 측정 저항을 측정하는 방법은 크게 두 가지가 있는데 회로에 저항계를 연결하여 직접 저항을 측정하는 ‘직접 측정’, 옴의 법칙을 이용하여 V=IR 공식을 활용하여 저항을 구하는 ‘간접 측정’입니다. 휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 는 보다 정밀한 미지의 저항 값을 측정하기 위해서 사용합니다. 4개의 저항이 다이아몬드 철교의 형태를 이루는 것으로 PR = QX 평형 조건이 성립하면 즉 c-d 구간을 기준으로 대칭형이 되면 c-d구간은 전위가 0이 되어 전류가 흐르지 않고 검류계 G는 0을 0을 가리키게 됩니다. 평형 조건 상태에서 미지의 X를 구하는 공식은 다음과 같습니다. 휘트스톤 브릿지는 전자저울등에 응용합니다. 켈빈 더블 브릿지는 휘트스톤 브릿지에 보조 저항을 첨가한 것으로..
열전기 현상은 1821년 독일의 물리학자 토마스 요한 제베크(Thomas Johann Seebeck)에 의해 처음으로 발견된 것으로 현재는 제베크 효과, 펠티에 효과, 톰슨 효과를 총칭하는 것입니다. 열전 효과(熱電效果, thermoelectric effect), 열전 현상이라고도 합니다. ■ 제베크 효과(Seeback) 이종 금속을 고리 모양으로 연결하고 접합점을 다른 온도로 유지하면 기전력이 발생하는 현상을 말합니다. 온도차에 의한 전위차를 열기전력이라 합니다. 온도 센서들은 이 원리를 이용합니다. 온도 1℃당의 기전력을 열전능 또는 제베크계수라 합니다. ■ 펠티에 효과(Peltier) 이종 금속의 접합점에 전류를 흘려보내면, 이 접합점에 열이 발생하거나 흡수하는 현상을 말하는 것으로 제베크 효과의 ..
■ 줄의 법칙 도체에 전류를 흘리면 열이 발생하는 현상을 전류의 발열 작용이라하며 이에 관한 법칙을 줄의 법칙(Joule's law)이라 합니다. 발생하는 열에너지 H는 전류의 제곱 또는 전압의 제곱과 비례하고 0.24에 아래와 같은 전력량을 곱해서 계산합니다. 1 cal = 4.2(4.186)J 이고, 1줄은 0.24(0.2389) cal 입니다. 전기 용접기, 전기용광로, 전기 난로, 전기 밥솥, 다리미, 백열 전구 모두 줄열을 이용한 것입니다. ■ 온도 상승과 허용 전류 질량 m(Kg), 비열 c(J/Kg ℃)의 물체에 Q(J)의 열에너지가 주어지면 온도는 Q/mc 만큼 상승한다. 비열은 물체의 고유한 특징으로 어떤 물질 1Kg을 1℃ 올리는데 필요한 열량입니다. 허용 전류는 전선에 안전하게 흘릴 ..
■ 전력 전력은 1초 동안에 전기가 하는 일의 양으로 기호는 P, 단위는 W(와트)를 사용합니다. 전력과 전압, 전류, 저항과의 비례 관계는 위의 수식을 참조합니다. 전력은 열량으로 환산할 수 없고 마력(HP)으로 환산 가능한데 1마력은 746와트입니다. ■ 전력량 전력량은 일정한 시간 동안 전기가 하는 일의 양으로 기호는 W, 단위는 Wh(와트시)를 사용합니다. 전력량은 마력으로 환산할수 없고 열량으로 환산 가능한데 1와트시는 864cal(칼로리) 입니다. 전력 P = Wh/t 입니다. ■ 전기에너지 전기에너지는 전력량과 유사하지만 전력량은 1시간 단위이고 전기에너지는 1초 단위의 개념입니다. 전기에너지는 기호는 E를 사용하고 단위는 J(줄, Joule, W sec)를 사용 합니다. 1줄은 0.24(0..
구스타프 로베르트 키르히호프 (Gustav Robert Kirchhoff)의 이름을 딴 것으로 키로히호프의 전기 회로 법칙에는 키르히호프의 전류 법칙 (KCL, 제1법칙, 전류 평형의 법칙)과 키르히호프의 전압 법칙 (KVL, 제2법칙, 전압 평형의 법칙)이 있습니다. ■ 키르히호프의 전류 법칙 (KCL) 회로망의 한 접속점에서 들어오는 전류의 합과 나가는 전류의 합은 동일하고 유입 전류를 양수로 유출 전류를 음수로 가정할때 대수의 합은 0 입니다. 회로의 설계와 해석에 적용하는 가장 기본적인 법칙입니다. ■ 키르히호프의 전압 법칙 (KVL) 닫힌 하나의 루프(closed path, loop)안 전압(전위차)의 합은 0 이라는 에너지 보존의 원칙으로 오옴의 법칙인 V=IR은 제2법칙의 가장 간단한 형태입..
회로 저항이 앞선 포스팅에서 언급한 저항 기호 R, 단위 기호 Ω(옴, ohm) 이라면, 물성 저항은 재료 고유의 전기 저항값으로 물질의 저항적 물성(物性)을 수량화 시킨 것 입니다. 물질의 종류, 온도, 길이, 단면적에 따라 결정 됩니다. ■ 고유 저항 기호는 ρ(로우, Rho) 또는 를 사용하고 단위는 [Ωㆍm] 또는 [μΩㆍ㎝, 뮤옴]을 사용합니다. 저항률에 따라 도체, 반도체, 부도체를 나눌 수 있는데 다음과 같습니다. 도체 : [Ωㆍm] 구리/은 = , 백금/주석 = , 수은 = 반도체 : [Ωㆍm] 게르마늄 = 1, 규소 = 부도체 : [Ωㆍm] 페놀수지 = , 백운모 = , 석영유리 = 부도체는 절연체 또는 유전체라고도 하는에 전기가 잘 통하지 않는 것을 절연물이라 합니다. 전해질은 물에 용..
■ 직렬 접속(Serial - Rs) 각 저항을 일렬로 접속하는 것으로 직렬 합성 저항 Rs는 저항을 모두 더하면 됩니다. 직렬 접속 일때는 전압이 각 저항에 분배되고 전류는 일정합니다. 동일한 저항 R'가 n개 직렬 접속한 경우의 Rs = nR' 입니다. 전류가 일정하고 전압이 분배 되므로 각 저항단의 전압은 아래와 같습니다. ■ 병렬 접속(Parallel - Rp) 2개 이상의 저항 양끝을 한곳에서 접속하는 방법으로 병렬 합성 저항 Rp는 각 저항의 역수의 합의 역수입니다. 병렬 접속에서는 전류가 분배 되는데 동일한 저항 R'가 n개 병렬 접속한 경우의 Rp = R' / n 입니다. 전류가 분배 되므로 각 저항단의 전류는 아래와 같습니다. R1, R2가 병렬 접속일때 R1, R2 각각에 흐르는 전류 ..
도체의 두 지점사이를 흐르는 전류가 "도체를 흐르는 전류의 크기는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다."는 일정한 법칙을 따르는 것을 말합니다. ■ 옴의 법칙(Ohm's law) 수식 컨덕턴스(conductance)는 도전율 또는 전도율이라고도 하는데 저항의 역수로 전기가 얼마나 잘 통하느냐를 나타내는 계수 입니다. 기호는 G로 표시하고 단위 기호는 모(mho, ℧) 또는 지멘스(Siemens, S) 입니다. 위의 수식들은 컨덕턴스와 전압, 전류, 저항 간의 관계이므로 숙지해야 합니다. ■ 전압 강하(Voltage Drop) 저항에 전류가 흐를때 저항 양쪽 끝에 생기는 전위차를 전압 강하라고 합니다. 저항 R에 전류 I가 흐르면 IR만큼의 전위차가 생깁니다. ■ 기출문제 ※ 이제 기출문제를 통해서 복습해 ..
■ 전류(Electric Current) 전압에 의한 전기의 이동을 전류라 하며 I로 표시하고 단위 기호는 A(암페어, Ampere) 입니다. 1초 동안에 1 쿨롱의 전기량(전하)가 이동하는 것을 1A로 나타내며, 다음과 같이 전류, 전기량, 시간과의 관계를 수식으로 표현 할 수 있습니다. 1초에 1쿨롱의 전기량이 흐르는 것이므로 약 6.25×10^18(0.624×10^19)개의 전자가 흐르는 것입니다. 전류는 양극에서 음극으로 흐르고, 전자는 반대로 음극에서 양극으로 흐릅니다. 직류는 극성이 변하지 않는 것이고, 교류는 시간에 따라 극성이 변화합니다. ■ 전압(Electric Voltage) 전기적인 높이를 전위(Electric Potential)라 하고 전기는 전위차(Potential Differen..
고등학교에서 물리를 배우지 않은 사람에게 전기기능사의 전기이론은 그야말로 머리를 쥐어 뜯게 만드는, 굳이 이 공부를 해야 하나? 하는 질문을 던지게 하는 과목입니다. 그럼에도 불구하고 한부분씩 정리해 갈까 합니다. ■ 물질(物質, Matter) 물질에 대한 정의는 어떠한 물체를 이루는 존재로 이전에는 질량과 부피로 그 존재를 이야기 했지만, 양자 역학의 발견 이후에는 물질을 이루는 기본 단위와 함께 기본 단위간의 상호 작용도 말하고 있습니다. 물질을 이루는 기본 단위에 대한 개념은 지속적으로 발전하여 19세기에는 원자가 분자나 화합물을 이루는 기본 입자임이 밝혀 졌고 이어서 19세기 말에는 전자가 발견되고(조지프 존 톰슨) 20세기에 들어서는 원자핵이 발견되며 원자는 전자, 중성자, 양성자로 구성되어 이..