전기자기학 용어 개념잡기

Q. 전기자기학을 쉽게 공부할 수 있는 방법이 있을까요?

전기에 대해선 현장에서 일은 해보았으나, 공부 앞에서는 작아지네요.

 

 

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A. 전체적으로 큰 그림으로 공부하시면 좋겠습니다.

예로 전기가 어디서 부터 왔을까? 그리고 어디를 거쳐서 오고

그 최종목적지가 어디인지를 알면 그 중간 중간 용어들은 

쉽게 이해가 될 수 있겠습니다.

 

일단 많은 용어들이 있지만, 전기기사시험에서 나왔던 기출문제 중 

나왔던 용어들을 보시고 하나 하나 찾아 의미를 알아보시면 도움이 

될 것입니다.

 

 

 

 

 

 

1. 전기자기학

 

환상철심 내부자속

 

- 환상솔레노이드는 도넛형 철심에 감겨있는 코일을 말합니다. 이 도선에 전류가 흐르면 다음과 같이 철심 내부에 자계가 생깁니다. 철심의 평균 반지름을 정의하고, 주황 선으로 폐루프를 잡으면 다음과 같은 주회적분 공식을 세울 수 있습니다:

[ H = \frac{NI}{l} = n_0I ]

여기서 (n_0)은 단위길이당 권수입니다. 코일 안쪽 철심 부분에서만 자계가 발생하며, 내부의 자계는 평등자장, 균등자장입니다. 자계가 있는 공간 내에서는 균등하게 분배된다는 의미입니다.

[Lv1] 8장. 전류에 의한 자계 ① 무한 직선, 무한솔레노이드, 환상솔레노이드, 원형코일

환상솔레노이드는 전기기사 시험에서 중요한 개념이므니 잘 기억해두시면 좋습니다! 

 

 

톰슨효과

- 톰슨 효과(Thomson Effect)는 영국의 물리학자 윌리엄 톰슨(William Thomson)이 발견한 현상입니다. 이 효과는 단일 도체에 작은 온도 차이가 적용될 때 발생하는 전기 전류를 설명합니다. 톰슨 효과는 다음과 같은 방정식으로 표현됩니다:

[ q = \beta I \Delta T ]

여기서 (q)는 발열율, (I)는 전기 전류, (\Delta T)는 온도 변화, (\beta)는 톰슨 계수를 나타냅니다. 톰슨 계수는 물질에 따라 다른 물질 상수이며, 온도에 따라도 변합니다. 실온에서 구리, 아연 등은 양의 값을 가지며, 철과 백금은 음의 값을 가집니다. 또한 납의 톰슨 계수는 거의 제로이므로 열기전력 측정 시 기준 물질로 사용됩니다. 톰슨 효과는 열전 효과 중 하나로, 동일 금속에서 사용하는 것이 펠티에 효과와의 차이점입니다. 톰슨 효과는 전류의 방향에 따라 발열하거나 흡열하는 현상을 나타냅니다. 좌측 부분에서는 열을 흡수하고, 우측 부분에서는 열을 발산합니다. 반대로 톰슨 계수가 음인 경우는 반대 현상이 일어납니다

톰슨효과 [ Thomson effect ]

 

 

전자파의 전파속도

- 전자파는 빛의 속도와 같은 속도로 전파됩니다. 이 속도는 초당 30만 km입니다. 전자파의 속도는 주기 (T)당 파장 (\lambda)으로 계산되며, 전자기파가 진공에서 전파될 때는 전파속도 (v)는 빛의 속도 (c)와 같습니다. 매질이 있는 경우에는 비투자율과 비유전율을 이용하여 전파속도를 계산할 수 있습니다

[전자기학] 전자파(전자기파), 전파속도, 파동임피던스, 포인팅벡터 | 전기(산업)기사 필기

 

 

 

전계 E

- 전계(E)는 전기장을 나타내는 개념입니다. 전기장은 어떤 공간에서 전하가 위치할 때 그 주변에 형성되는 힘의 영역입니다. 전계는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

• 단위: 전계(E)의 단위는 [N/C] 또는 [V/m]입니다. 여기서 N은 뉴턴, C는 전하량 쿨롱, V는 전압, m은 거리 미터를 나타냅니다.
• 힘의 크기: 전계는 어떤 지점에서 정지한 단위 전하에 작용하는 힘을 의미합니다. 즉, 1C의 전하를 낫두면 1N의 힘이 가해진다는 것입니다.
• 전기력선: 전기장은 전기력선의 다발로 표현됩니다. 전기력선은 전기장의 방향을 나타내며, +에서 -로 향하는 벡터 방향을 가집니다.

전계는 전기장의 크기와 방향을 표현하며, 전하의 밀도와 형상에 따라 변화합니다. 이 개념은 전기학에서 중요한 역할을 합니다

 

 

 

 

자계의 세기

- 자계의 세기(Magnetic Field Intensity)는 자계 중에 **1 [Wb]**의 자하를 놓을 때 그 자하에 작용하는 힘을 나타내는 개념입니다. 기호로는 H로 표기하며, 단위는 [At/m] 또는 **[N/Wb]**로 나타냅니다. 자계의 세기는 자기장을 생성하는데 중요한 역할을 합니다.

 

 

 

공기콘덴서

- **공기 콘덴서(air condenser)**는 증기 또는 기타 증기가 공랭식 표면과 접촉하여 냉각되는 표면 응축기입니다. 이 장치는 열을 흡수하고, 이 열을 외부로 방출하여 실내의 공기를 냉각시키는 역할을 합니다. 즉, 공기 콘덴서는 냉매의 압력을 낮추는 과정에서 열을 제거하는데 사용됩니다

에어컨 콘덴서의 역할과 중요성

 

 

 

유전율

- 유전율은 한자로 誘電率이라고 합니다. 誘電은 전기를 유도한다는 뜻이며, 따라서 유전율은 전기를 유도하는 정도를 나타내는 물리적 단위입니다. 매질이 저장할 수 있는 전하량으로 볼 수도 있습니다. 같은 양의 물질이라도 유전율이 더 높으면 더 많은 전하를 저장할 수 있기 때문에 (저장된 전하량이 동일할 때) 유전율이 높을수록 전기장의 세기가 감소됩니다. 그래서 높은 유전율을 가진 물질을 축전기에 넣는 유전체로 사용하면 축전기의 전기 용량이 커집니다. 전자기학에서는 물질에 가해진 전기장이 어떻게 물질의 구성에 영향을 미치는지를 나타내는 지표입니다

유전율 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

 

 

 

 

분극의 세기

- 분극의 세기는 유전체에서 유도된 전기 쌍극자 모멘트의 밀도를 말합니다. 즉, 유전체의 단위 체적당 얼마나 많은 전기 쌍극자가 생성되었는지를 나타내는 값입니다. 분극의 세기는 P로 표시하고, 단위는 **쿨롱 매 제곱미터 (C/m^2)**입니다. 이 개념은 유전체 내에서 전기적인 정렬이 어떻게 일어나는지를 설명하며, 유전체의 특성을 이해하는 데 중요합니다.

 

 

 

 

합성저항

- 합성저항은 여러 개의 저항이 직렬 연결 또는 병렬 연결되어 있을 때, 그 저항을 하나의 저항으로 생각했을 때의 저항의 크기를 의미합니다. 합성저항의 계산은 직류 회로와 교류 회로에서 계산을 할 때 가장 기본이 되는 것입니다.

합성저항의 공식은 다음과 같습니다:

1. 직렬 연결의 합성 저항:
   • 여러 개의 저항이 직렬로 연결되어 있을 때, 그 저항을 모두 더한 값이 합성 저항입니다.
   • 수식: (R_0 = R_1 + R_2 + R_3 + \ldots + R_N)
2. 병렬 연결의 합성 저항:
   • 여러 개의 저항이 병렬로 연결되어 있을 때, 저항의 역수를 모두 더한 값의 역수가 합성 저항입니다.
   • 수식: (R_0 = \frac{1}{\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ldots + \frac{1}{R_N}})

이러한 공식을 활용하여 다양한 회로의 합성 저항을 구할 수 있습니다. 

 

 

 

 

에너지의 밀도

- 에너지 밀도(energy density)는 일정한 부피 내에 저장된 에너지의 양을 나타내는 개념입니다. 이는 단위 부피당 얼마만큼의 에너지가 분포되어 있는지를 측정합니다. 에너지 밀도는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

• 단위: 에너지 밀도의 단위는 [J/m³] 또는 [Joule/m³]입니다.
• 의미: 높은 에너지 밀도는 단위 부피당 더 많은 에너지를 저장하고 있다는 것을 의미합니다.

예를 들어, 배터리의 에너지 밀도가 높다는 것은 동일한 크기의 배터리 내에 더 많은 에너지를 저장할 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 배터리를 소형화하면서도 더 많은 에너지를 담을 수 있게 해줍니다

 

 

 

영구자석

- 영구자석은 외부 소스 없이도 지속적인 자기장을 나타내는 물질입니다. 이들은 원자 자기 쌍극자의 정렬로 인해 본질적인 자기 모멘트를 가지고 있으며, 외부 자기장이 제거된 후에도 이러한 정렬이 유지됩니다12. 영구자석은 자석의 자화 상태를 영구적으로 보존하는 자석으로 외부로부터 전기 에너지를 공급받지 않아도 자력을 안정적으로 유지할 수 있는 자석입니다

 

 

 

인덕턴스

- 인덕턴스(Inductance)는 코일에 흐르는 전류의 시간에 따른 변화와 그로 인하여 유도되는 역기전력, 유도기전력의 비율을 나타내는 개념입니다. 이는 전기에너지를 자기에너지로 전환하는 능력을 정량화하는데 사용됩니다. 인덕턴스는 보통 “L” 기호로 표현되며, 단위는 헨리(H)를 사용합니다. 전류가 도체를 통해 흐를 때 주변에 자기장이 생성되며, 이 자기장에 의해 유도되는 역기전력을 인덕턴스라고 합니다

 

 

 

 

전자의 속도

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전자의 속도는 여러 가지 관점에서 정의됩니다. 이를 간단히 요약해보겠습니다:

1. 개별 전자의 속도:
   • 개별 전자는 원자핵 주위를 맹렬하게 돌며 랜덤한 움직임을 보입니다.
   • 금속 도체 내의 자유 전자는 마치 공과 같은 장애물로 이루어진 사이 공간을 날아가는 작은 공으로 가정할 수 있습니다.
   • 금속 도체 내에서의 개별 전자의 평균 속도는 빛의 속도의 1/100 정도입니다.
2. 도체 내의 전자들의 이동 속도:
   • 금속 도체에 전압을 걸어주면 전자들이 이동하기 시작합니다.
   • 전자들의 무리가 이동하는 속도는 달팽이의 속도와 비슷합니다.
3. 전자의 신호 전달 속도:
   • 전자의 정보 전달 속도는 아주 빠르며, 빛의 속도에 가깝게 일어납니다.
   • 전자의 이동이 트리거되어야 하므로 전체적으로는 빛의 속도보다 조금 느리게 전달됩니다.

이러한 속도의 차이는 전자의 운동 상태와 환경에 따라 다르며, 실생활에서 감전되는 상황에서도 중요한 역할을 합니다. 

 

 

 

 

비투자율

- 비투자율은 진공 투자율에 대한 매질 투자율의 비를 나타내는 개념입니다. 어떤 소자 회로에 전압을 가했더니 전류가 흘렀습니다. 이런 경우 전기자 전류와 계자 전류가 같으므로 전류 증가에 따른 전기자 반작용의 영향이 크게 됩니다

 

 

 

 

환상솔레노이드

강자성체

자계H[A/m]

영상전하