전기
전기 (Electrictiy)
전하의 이동 또는 흐름으로 인해 발생하는 물리적 현상
- 정전기 (Static Electricity): 전하가 정지해 있을 때 발생하는 현상 (예: 물체 간 마찰).
- 전류 전기 (Current Electricity): 전하가 이동하며 에너지를 전달하는 현상 (예: 전선 내 전류 흐름).
전하
전하 (Charge)
물질이 가지는 전기적 특성
전하량 or 전기량 (Charge Quantity)
전하의 크기를 나타내는 실수 스칼라
- 음전하 : 음의 전기량
- 양전하 : 양의 전기량
쿨롱 (Coulomb)
전하량의 단자
전자와 전기량
전자
음(-)의 전하를 가지는 원자 내부의 기본 입자
- 자유전자(free electron) or 전도전자(condction electron) : 금속 중에서 비교적 자유롭게 움직이는 전자
기본전하량
전자의 전하량, 로 표기
전하는 항상 기본 전하량의 정수배
전하량의 측정은 쿨롱의 법칙에 따라 전하가 서로 미치는 힘을 측정한다.
전기, 전하에 대한 자세한 사항은 전자기학에서 살펴보시길 바랍니다.
전류
전류
어떤 단면을 전하가 이동할 때 통과하는 시간 당 전하량
암페어
전류의 단위, 로 표기
t[sec] 시간에 어떤 단면을 Q[C]의 전하가 이동할 때 통과하는 전하량
[A]는 전류, Q [C]는 전하량, t [sec]는 시간
전기회로
전지와 저항이 있고 닫힌 전선이 있다면 전류가 흐른다. 전지와 같이 전류를 흐르게 하는 근원은 전원(source), 저항은 부하(load) 라고 한다. 전지의 긴부분이 양(+)극, 짧은 부분이 음(-)극이다.
각 도선의 단면을 잘라봤을 때, 해당 단면에서 전류는 +쪽의 단면에서 -쪽의 단면, 전자의 움직이는 방향은 -에서 +로 흐른다.
전압 · 전위차 · 기전력
전압 or 전위차 (Voltage)
- 전기장 내에서 단위 전하가 갖는 위치에너지 (전자기학적 의미)
- 두 지점에서 한 점에서 다른 점으로 단위 전하를 이동시키는데 필요한 에너지 (회로이론)
- 전위의 차
기전력
전원의 전압, 필요한 경우 외에는 전압과 동의어
도선에서의 전위차를 맥스웰 방정식으로 설명하기
가우스 법칙에서
- : 전기장의 발산
- : 부피당 전하 밀도
- : 자유 공간의 유전율
정상 상태에서 도체 내부에는 자유 전자가 없으므로
따라서 도체 내부에서는 전기장
전기장과 전위는 , 이므로 도체의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 동일한 전위가 유지된다.
볼트 (Volt)
전압의 단위, 로 표기
[C]의 전하가 두 지점을 이동할 때 [J] 이 필요할 때
전위의 차
어떤 전하가 a에서 b로 이동할 때 외부에서 일을 해 주어야 하는 경우 b의 전위가 a의 전위보다 높다. 이 경우 고전위를 +, 저전위를 -로 나타냄
전압상승
음(-) → 양(+), 전하가 두 점을 지나며 에너지를 얻는 경우(=외부에서 일을 받음)
전압하강
양(+) → 음(-), 전하가 두 점을 지나며 에너지를 잃는 경우(=외부에 일을 함)
전하와 전압에 따른 에너지
미소 전하 [C] 가 이동할 때 수반되는 미소 에너지가 [J]라면
v의 q에 대한 적분 = 발생된 전기 에너지
전력
전력 (Power)
단위 시간에 변환, 또는 전송되는 전기에너지
와트 (Watt)
시간 [sec]동안 변환 또는 전송되는 에너지 [J]
⚠️ 와트 단위의 기호 W와, 전기에너지 (Work, 단위가 J임)를 헷갈리지 않도록 주의
순시전력 (Instantaneous Power)
시간 에 대한 순간적인 전력
는 에 대한 의 도함수
평균전력 (Average Power)
순시전력의 평균값
전력 공식
전압
유도과정
전압 정의
전류 정의
에서 유도,
옴의 법칙
전력량 (Wh)
실제 전송되는 에너지의 량. J(줄)과 같은 차원의 단위, Wh로 표기
소자 · 전원
소자(Component)
회로를 구성하는 요소
능동소자(Active Component) : 회로에 전원을 공급 e.g) 전류원, 전압원
수동소자(Passive Component) : 전원을 공급받아 설계자 의도대로 기능 수행 e.g) 저항, 인덕터, 캐퍼시터
전원(Source)
회로에 전력을 공급하는 장치. 회로이론에서는 전원을 이상적인 전압원과 이상적인 전류원으로 가정함.
이상적인 전압원(독립전압원) : 부하에 관계없이 항상 일정한 전압을 공급
이상적인 전류원(독립전류원) : 부하에 관계없이 항상 일정한 전류를 공급
이상적 전압원에서는 내부 저항 = 0 을 가정하고, 이상적 전류원에서는 내부 저항 = 을 가정한다. (그래야 회로의 전력을 계산했을 때 전원을 제외하고 부하만 깔끔히 계산할 수 있음)
부하에서 전류 방향 기준으로 전압하강이 발생 (부하에서 일을 하여 전기적 퍼텐셜 에너지를 소비하므로)
전원에서 전류 방향 기준으로 전압상승이 발생 (전원에서 일을 하여 전기적 퍼텐셜 에너지로 바꿔주므로)
