전기 관련 이론을 보게 되면, 직접적으로 어려운 말이 나열되는 파트가
이쪽이 아닐까 싶어요..!
나름 많이 알아본 사실들을 종합하여, 스스로 복습도 할 겸 자세하게 적어볼 거예요!
전기에서는 수동소자와 그 반대되는 능동소자란 것이 있죠.
수동소자는 R-L-C, 능동소자는 대표적으로 반도체 가 있지요.
수동소자(passive element, passive component)
공급된 전력을 소비·축적·방출하는 소자로, 증폭 정류 등 능동적 기능을 하지 못하는 소자
기본적으로 지금 설명하는 수동소자는 직렬 연결로 가정할 거예요.
먼저 RLC 교류회로에서 R(저항), L(인덕턴스), C(커패시턴스)가 각각 무엇인지 알아보는 게 먼저겠죠.
저항 (R)
전기의 흐름을 방해하는 요소. 전압 강하가 나타나고, 전기에너지가 열로 발산한다. 전기에너지 소모 소자이다.
수동소자에서 저항(부하), 인덕턴스(코일), 커패시턴스(콘덴서)에 전압을 걸어주면,
각각의 소자의 내부에 전류가 흐를 때.. 마치 우물쭈물하듯 전류가 흐르는 현상이 있어요.
단 저항을 제외한 두 녀석만 말이죠!
즉 저항만큼은 전압과 전류의 위상차가 없다는 겁니다.
그림에서 볼 수 있듯, 전압과 전류가 동위상에서 잘 진행하고 있죠.
위상이란 게 참 헷갈리실 수도 있지만.. 벡터를 생각하시면 좋아요!(사실 이게 답이지만..)
직렬회로이므로 키르히 호프의 법칙에 의해 회로의 어떤 부분에서도 전류 i는 같죠. 따라서 위상의 기준을
'전류'로 잡을 거예요.
전류가 '실수 축'벡터라면 전압이 '허수 축'이죠.
저항은 전류, 전압이 동위상이기에 둘 다 실수 축 상의 벡터가 되는 거죠.
이걸 간단히 수식으로도 증명할 수가 있는데, 보실 분만 보셔도 괜찮지 않을까 싶어요 (..!)
이러한 사실에서, R에 대해 식을 정리하면
이렇게 결론이 나와요.
정말로 당연한 말이겠지만.. 전류와 전압이 위상차가 없기에 저항 R은 그냥 저항 R 취급한다. (변하지 않는다)
정도로 해석하면 될 것 같아요.
따라서 중요한 사실!!
저항에서는 전압과 전류의 위상차가 없다!!
인덕턴스 (L) [H:헨리]
전기 전도체를 흐르는 전류로부터 생기는 자기장에 의해 생기는 요소
인덕턴스는 기본적인 특징이 있어요.
1. 에너지를 저장하는 능력 (저항 R이나 컨덕턴스 G는 기본적으로 에너지를 소비합니다.)
2. 전류를 방해하는 능력
3. 자속을 발생시킨다.
인덕턴스를 보면, 리액턴스라는 용어가 등장합니다.
인덕턴스와 리액턴스의 차이는 명백하게 나뉠 수 있어요.
리액턴스는 인덕턴스의 방해 능력만을 말해요!(X_L: 저항처럼 취급!)
인덕턴스 회로에선 매우 매우 중요한 특성이 있어요.
바로 전압이 전류보다 위상이 90도만큼 앞선다는 사실이에요! (지상)
먼저 인덕턴스 란 무엇인가. 정의도 해야 할 것 같아요.
저희는 코일에 전류를 흘려주면 자속이 발생한다는 걸 알죠.
그래서 첫 번째로 전류가 세면 -> 자속 또한 강하게 나온다!라는 사실을 직관적으로 알 수 있죠.
그래서 한 가지 비례식을 얻을 수가 있겠네요.
만약 같은 전류를 흘렸을 때, 코일을 'N'회 감았다면, 자속 또한 그에 비례해 N배 강력해지죠.
따라서 전체 자속은
그런데, 식을 잘 보시면 기호 '='가 안 붙는단 사실을 느끼셨는지 모르겠어요.
저 기호의 의미는 '비례한다'라는 뜻이지 , '같다'라는 뜻은 결코 아닙니다.
저 식을 '같다'로 바꿔주려면 '비례 상수'를 곱해야만 해요.
그게 바로 인덕턴스(L)입니다.
여러분은 혹시 페러데이/렌츠 법칙에 대해 알고 계시나요?
기억이 안 나 실지도 모르겠네요.. 지금은 단순히 유도를 위해 사용할 거예요.
그러니 양해를..(^^;)
바로 이 식이에요. 이식에 식(1)을 대입합니다.
짜잔. 이렇게 멋지게 리액터 양단에 걸리는 전압이 유도가 되었네요.
여기서 포인트는 공급되는 전압은 키르히호프 제2법칙에 의해 +부호를 갖습니다.
마지막으로 식을 조금 더 정리하고, 리액턴스를 유도할게요!
먼저 위식을 조금 더 진행할 거예요.
보이실 거예요. 전압이 위상이 90도만큼 앞서있다는 표시ㅎㅎ
매우 중요한 특성이라, 정말 잊어버리시면 안 돼요!!
따라서
이렇게 리액턴스 까지 적어보았는데, 바로 다음 글은 커패시턴스 차례예요..!
오늘도 보잘것없는 초보 전기 학생의 글을 읽어주셔서 정말 감사합니다!(총총)
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