(개념 요약 정리) 직류회로- (3)

Part 01 직류회로

용어	설명	기호	단위	수식
전하	물체가 가지고 있는 전기
전기량	전하가 가지고 있는 전기의 양	Q	쿨롬(Coulomb, 기호[C])
전원	전기적인 에너지를 공급하는 장치
부하	전기적인 에너지를 다른 에너지로 변환해 사용하는 장치
전류	전하의 흐름	I	암페어, A	I = Q x t
전압	전하를 흐르게 하는 전기적인 에너지의 차이	V	볼트, V	V = W / Q
저항	전류의 흐름을 방해하는 소자	R	옴, Ω	R = L x ρ / A
컨덕턴스	전류의 흐름이 얼마나 쉬운가를 나타냄.	G	모, ℧
옴의 법칙	전기회로에서 전압, 전류, 저항의 관계를 증명한 법칙			V = I x R, I = V / R, R = V / I
키르히호프의 법칙(제 1법칙, 전류법칙)	회로 내 접속점에 들어오는 전류와 나가는 전류의 합이 같다.
키르히호프의 법칙(제 2법칙, 전압법칙)	폐회로 내의 지로에서 발생하는 전압 강하의 총합은 같다.
전지의 직렬연결	전류 계산 방식이 다르다.			I = nE / nr + R
전지의 병렬연결	전류 계산 방식이 다르다.			I = E / ( r/N + R )
전류계	부하에 직렬로 연결
전압계	부하에 병렬로 연결
분류기	전류계에 병렬로 연결			n-1배 측정 가능
배율기	전압계에 직렬로 연결		ex) 100V 전압계로, 200V 측정하고 싶다면? 내부저항 = 5000옴, 외부 저항 값은?	n-1배 측정 가능
휘스톤 브릿지 평형 조건	휘스톤 브릿지를 통해서 미지의 저항값을 구할 수 있다.			PR = QX, X = P/Q x R
전류	1초 동안에 변환 또는 전송되는 전기 에너지	P	와트, W	P = W[J] x t[Sec], P=I^2 x R, P = V^2 / R
공률, 동력	단위 시간의 기계 에너지			1HP = 746W
전력량	일정 시간 동안의 전기 에너지가 한 일의 양			W = P x t [W x Sec] , W = V x I x t, W = V2 / R x t, W = I2 x T x t
전열기에 소비되는 전력	전열기에서 질량 M[L], 비열 C, 효율 x, 시간 t[H], 가열전 온도 T1, 가열후 온도 T2일 때 소요되는 전력 P			P = M x C x (T2 - T1) / 860xt
줄의 법칙	도체에 흐르는 전류에 의하여 단위 시간 내에 발생하는 열량은 = 도체의 저항과 전류의 제곱의 비례한다.			H = I^2 x R x t, H = P x t
1J을 칼로리로 환산하면?				1J = 0.24 cal, 0.24 x I^2 x R x t [cal]
납축전지의 용량	충분히 충전한 다음 전류를 흘려 방전 종지 전압이 될 때까지의 전기량으로 나타낸다.			Q = I x H [Ah]
제베크 효과	서로 다른 금속을 접속하고 양 단에 서로 다른 온도를 유지하면 기전력이 발생한다.
펠티에 효과	서로 다른 두 종류의 금속을 접속하고 한 쪽에서 다른 쪽으로 전류를 흘리면 열의 흡수 도는 발생이 일어난다.
톰슨 효과
중간 금속의 법칙
화학당량	물질에 따라서 정해지는 상수로 1C의 전기량에 의해 분해되는 물질의 양을 말한다.			원자량 / 원자가
2차 전지의 종류	니켈 카드뮴 전지
1차 전지의 종류	망간 건전지

Part 02 정전기

용어	설명	기호	단위	수식
쿨롱의 법칙	정전기력의 크기에 대한 계산 식!	F	N	(1 / 4πε) x ((Q1Q2) / r^2)
유전율 계산 식			[F/M]	ε = ε(0) x ε(s)
진공중 유전율				ε(0) = 8.855 x 10 ^ -12
비유전율	공기 중 비유전율은 1이다.			ε(s)
전기장의 세기	전기장 속 전하에 작용하는 힘	E	V/M	P점의 전기장의 세기 : E = ( 1 / 4πε) x ( Q / r ^ 2 ) [V/M], E = N / S
전하에 작용하는 힘				F = ( 1 / 4πε) x ( Q x q / r^2 )
전기력선 수				N = E x S [N x m^2/C]
폐 곡면 내 전체 전하량 Q가 있을 때 폐곡면을 통해 나오는 전기력 선 수				Q / ε
전속 밀도				D = Q / 4πr^2 [C/m^2] , D = εE = ε0 x εs x E [C / M^2]
전위			J/C. N x m/C, V	V = E x r
정전용량		C	[C]	Q = C x V
구도체의 정전용량		C	[F]	C = 4πεr
평행판 도체의 정전용량		C	F	C = Q / V = εA / L
도체에 전하를 축적하는 데 필요한 힘			J	W = 1 / 2 x ( Q^2 / C ) = 1/2 x Q x V = 1 / 2 x C x V^2
콘센서		C	F	C = ε x A / L

01 정전기의 성질

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• 마찰전기는 물질의 마찰로 생긴 전기를 말한다. 이 때 대전된 물체를 대전체라고 하고, 대전체 주위에 전하를 놓으면 이 전하의 종류에 따라 반발력과 흡인력이 작용한다.
• 정전기는 대전체에 있는 전기로써 물체에 정지된 전기이다.
• 정전유도는 도체에 대전체를 가져다 대면 대전체에 가까운 쪽에는 대전체와 다른 전하가 나타나고, 그 반대쪽에는 같은 전하가 유도된다.
• 정전차폐는 니코철망 같은 금속을 두었을 때 정전유도를 막는 현상을 말한다.
• 쿨롱의 법칙은 정전기력의 크기에 대해 쿨롱은 다음과 같은 법칙을 발견했다. 두 점 전하 사이에 작용하는 정전기력의 크기는 두 전하의 곱에 비례하고, 전하 사이의 거리 제곱에 반비례한다.
  • 정전기력의 크기 F[N] = 1 / 4πε x (Q1Q2) / r^2
  • ε = ε(0) x ε(s) [F/M]
  • ε(0) = 8.855 x 10^-12

02 전기장과 전위

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• 전기장은 전기량이 작용하는 공간을 말한다.
• 전지장에는 전기장의 세기라는 것이 존재하는데, 전기장 속에 전하에 작용하는 힘을 말하고, E[V/m] 로 표기한다.
• 전하에 작용하는 힘은 다음 식에 의해 계산된다.
  • F = ( 1 / 4πε) x ( Q x q / r^2 )
• P 점의 전기장의 세기는 다음 식에 의해 계산된다.
  • E = ( 1 / 4πε) x ( Q / r ^ 2 ) [V/M]
• 전기력선은 공간상에 존재하는 전장의 세기와 방향을 가시적으로 나타낸 선을 말한다.
  • 전기력선은 + -> - 로 들어간다.
  • 전기력은은 교차하지 않는다.
  • 전기력선의 접선 방향은 그 점에서의 전기장의 방향과 일치한다.
  • 전기력선은 등전위면과 직교한다.
  • 전기력선의 밀도는 그 점에서의 전기장의 세기를 나타낸다.
  • 전기력선은 도체의 표면에 수직으로 출입하며 도체 내부에는 전기력선이 없다.
• 균일한 정장 내에 수직인 단면적 S[m^2]을 통과하는 전기력선의 수 N은 전기장의 세기 E[N/S]와 단면적 S[M^2]이 클수록 커지므로 다음 식을 따른다.
  • 전기력선 수 : N = E x S [N x m^2/C]
• 전기력선 수는 전기장의 세기와 전기력선이 통과하는 단면적에 비례한다.
  • 전기장의 세기 : E = N / S
• 가우스의 정리 : 임의의 폐 곡면 내의 전체 전하량 Q[C]이 있을 때 이 폐 곡면을 통해서 나오는 전기력선의 총 수는 Q /ε 개이다.
• 전속은 유전체 내에서 주위 매질의 종류와 관계없이 Q[C]의 전하에서 Q개의 역 선이 나온다고 가정한 것이다.
  • 전속은 양전하에서 음전하에서 끝난다.
  • 전속이 나오는 곳 또는 끝나는 곳에는 전속과 같은 전하가 있다.
  • Q의 전하로부터는 Q개의 전속이 나온다.
  • 전속은 도체에 출입하는 경우 그 표면에 수직이 된다.
• 전속 밀도는 단위면적을 지나는 전속을 말하고 그 계산식은 다음과 같다.
  • D = Q / 4πr^2 [C/m^2]
• 점전하 주위에 전속밀도는 점전하로부터 거리의 제곱에 반비례한다.
  • D = εE = ε0 x εs x E [C / M^2]
• 전위는 한 점에서 단위 전하가 가지는 전기적인 위치 에너지를 말한다.
  • V = E x r

03 정전용량과 콘덴서

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• 정전용량은 다음 식에 의해 계산된다.
  • Q = C x V [C]
• 구도체의 정전용량은 다음과 같이 계산된다.
  • C = 4πεr [F]
• 평행판 도체의 정전용량은 다음과 같이 계산된다.
  • C = Q / V = εA / L
• 정전 에너지는 정전장 내에 임의의 전하를 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하기 위해서는 외부에서 일을 가해 주어야 한다.
• 임의의 도체에 전하 Q[C]를 축적하는 데 필요한 일은 다음 수식에 따라 계산할 수 있다.
  • W = 1 / 2 x ( Q^2 / C ) = 1/2 x Q x V = 1 / 2 x C x V^2
• 콘덴서가 전기를 저장하는 기본위리는 유전체의 분극 현상에 있다.
  • C = ε x A / L
• 콘덴서의 용량을 늘리는 방법은 다음과 같다.
  1. 극판의 면적을 넓게 한다.
  2. 극판 간의 간격을 좁게 한다.
  3. 극판 사이의 유전체를 비유전율이 큰 것으로 사용한다
• 콘덴서의 종류는 다음과 같다.
  1. 고정콘덴서
     1. 전해 콘덴서
     2. 세라믹 콘덴서
     3. 마일러 콘덴서
     4. 마이카 콘덴서
  2. 가변 용량 콘덴서
     1. 바리콘 : 일반적으로 몇 장의 고정극판 사이에 회전 극판이 회전해 돌아가, 상대 부분의 면적을 바꿈으로써 정전용량을 변화시키는 구조로 되어 있다.
  3. 전해 콘덴서
     1. 케미콘이라고도 부르는 이 콘덴서는 얇은 산화막을 유전체로 사용한다. 전극으로는 알루미늄을 사용한다.
     2. 극성을 가지므로 직류 회로에 사용한다.
  4. 마일러 콘덴서
     1. 얇은 폴리에스테르 필름의 양면에 금속박을 대고 원통형으로 감은 것이다.
     2. 극성이 없으며 가격이 싸지만, 높은 정밀도는 기대할 수 없다.
  5. 세라믹 콘덴서
     1. 세라믹 콘덴서는 전극간의 유전체로, 티탄산바륨과 같은 유전율이 높은 재료를 사용하며 극성이 없다.
     2. 인덕턴스가 작아 고주파 특성이 앙호하여 바이패스에 흔히 사용된다.