[fisica] 전기역학 Electrodinamica(2)

 

Matter is anything that has mass (weight) and occupies space. - ppt download

전류

전류

움직임이 있는 전기전하cargas electricas en movimiento

전류correinte elctrica: 전하에 의한 움직임

 

전류를 이동시키는 전기 운반자!portadores de carga que transportan la corriente electrica 

(+): 전위가 낮은 쪽으로 이동 (역사적 방향!)

(-): 전위가 높은쪽으로 이동!

 

전류의 자연적특성

- 전류corriente electrica: 자유전자 (e)에 의해 이동됨

실제 일상 생활 중 흔히 보는 도선에 흐르는 전류는 음의 전하를 띤 전자가 이동하여 형성되기 때문에 전류의 방향은 전자의 이동과는 반대 방향이 된다.

- 이온의 흐름: 양이온,음이온 (+),(-) 같은 이온용액의 이온에 의해 이동된당!

반면에 물속에 녹아 있는 이온이 움직이는 경우: 양전화와 음전하가 모두 움직여 전류를 형성한다. 이 경우 움직이는 전하를 전하 운반자(charge carrier)라고 한다.

 

전류의 방향

- 역사적convencional  방향: (+)전기운반자의 움직임을 따른다. 즉, 전기장이 전위가 낮은쪽으로 이동한당!

역사적 이유로 양의 전하가 움직이는 방향을 전류의 방향으로 한다! 실제 일상 생활 중 흔히 보는 도선에 흐르는 전류는 음의 전하를 띤 전자가 이동하여 형성되기 때문에 전류의 방향은 전자의 이동과는 반대 방향이 된다.

 

전류의 세기intensidad de corriente electrica 

전류 I : 전하의 흐름으로, 정량적으로는 단면을 통하여 단위 시간 당 흐르는 전하의 양

⧍Q : 도선의 단면을 통과한 전하량cantidad de carga que atraviesa la seccion recta del conductor

⧍T : 경과한 시간

⧍Q=ne 

스칼라 단위: 수를 통해 값을 정함, 방향이 필요하다.

전류세기의 방향:

[ i ] =ampere -> [ i ] = A = c/s 

전류의 단위는 암페어이다. (1초 동안 도선의 한 단면을 통과하는 전하의 양)

즉, 1 A의 전류는 1 C의 전하량이 도선의 단면을 통하여 1초 동안에 흐르는 것을 표시한다.

 

전류의 종류tipos de corriente electrica

- 직류corriente continua: 전류의 방향변화 읍음.

- 교류corriente alterna: 전류의 크기valor나 방향이 주기적periodicamente으로 변한다!

 

시간이 변하더라도 일정하게 흐르는 전류를 직류라 부르고 시간이 지남에 따라 변하는 전류를 교류라고 한다. 우리나라의 경우 가정에 공급되는 전류는 60Hz 의 사인 함수 모양의 교류이다. 반면에 건전지에서는 직류가 공급된다.

 

전기저항resistencia eléctrica

• 전도체conductor 가 제공하는 것에 반하는것!
• 전류의 통과에 대한 저항기resistores이다!

전기 회로에서 전류의 흐름을 방해하는 정도로, 단위로는 Ω(옴)을 사용한다.

 

1) 전기 저항이 생기는 원인
자유 전자가 도선 속을 이동하면서 원자와 충돌하기 때문이다.
2) 전기 저항의 비유
경사면을 내려오는 구슬이 못과 충돌하여 이동을 방해받는 것에 비유할 수 있다.

 

<구슬의 운동과 전자의 운동 비교>

• 구슬 - 자유 전자
• 못 - 원자
• 경사면의 기울기 - 전지의 전압
• 경사면의 길이와 폭 - 도선의 길이와 굵기
• 못과 구슬의 충돌 - 원자와 전자의 충돌

 [ R ] = Ω 옴ohm

 

전기 저항에 영향을 주는 요인

• 도체의 자연적 특성
• 도선conductor의 너비dimension

물질의 종류, 도선의 길이, 도선의 단면적(굵기)에 따라 전기 저항이 달라진당!ʕتʔ

 

물질의 종류: 물질마다 원자의 배열상태가 다른건 음 화학에서 배웟자나. 그 막 거리다르고 크기다르고 뭐 당연하지 그래가지고 막 온도에따라 상태변화도 다 다르고... 여튼 이말은 즉, 원자와 전자가 충돌하는 정도가 다르다는 말이고, 그에따라 전기 저항이 달라진데!

막 금/은/구리/철 같은 금속들은 자유전자를 만이 가지고 있데. 아까 위에 자유전자에 의해 전류가 이동한다고 했자나...그니까 응 자유전자 많으면 전류 잘 흐르겠지? 얘네를 도체라고 한당. 즉, 전기 저항이 작당. 방해가 있다고 해도 내가 잘 흐르기만 하면 그만~~~~

부도체는 그럼 멀까... no conductores 라고 하지 스페인어로? 음 얘네는 일단 전기가 어디서 잘 안흐르는지 부터 생각해보자. 감전됐을때... 고무같은거 있자나 그런걸로 사람을 밀치라고 하던데 그럼 고무가 부도체겠징? 얘네는 아까 도체랑 반대로 자유전자를 많이가지지 않는 물질을 얘기하는거임. 우와 근데 혹시 이 전자가...그 전잔가...? 그 화학에서 상태에 있는 그 전자 있자나...여기서도 연관이 있나...?? 유리의 전기적 특성...아 이번달에 배운내용인데 아악여튼 유리, 플라스틱, 종이 같은게 여기 포함된다고 한다.

 

도선의 길이, 단면적(굵기)에따른 전기저항: 전기저항은 도선의 길이에 비례하고,,,단면적으로 반비례한데,그말은 즉 도선의 길이가 길수록 저항이 많다는 말일테고,,, 단면적으로 반비례하다는건 도선이 굵을수록 더 전기가 잘 통한다는 말인가? 응ㅇ맞네음... 나 예전에 아이폰 중국산 전선conductor 완전 긴거... 70000원에 산적 있잖아ㅋㅋㅋㅋ그거 막 전선은 무슨 3미터되고 전선 졸라 굵은데 전기 졸라 안통하고... 그게 길이가 길어서 그런거였구나 ㅅㅂ 별걸다....아 그럼 전선이 굵고 길이가 짧을수록 전기 졸라 잘 통하겠네. 그래서 그 냉장고 전선같은게 그따구였구낭.

 

길이가 길면 전자가 더 많이 충돌하여 저항이 크다.

도선의 단면적이 클수록 저항이 작다.

 

전기 저항에 영향을 주지 않는 요인

• 전위의 변화diferencia de potencial
• 전류의 세기intensidad de corriente

전기저항률 resistividad electrica

도선의 길이, 단면적과 저항의 관계를 식으로 나타내면, 도선상의 두 점 사이의 길이를 L, 단면적을 A 라 할 때 두 점 사이의 저항은 R =ρ L /A 이 된다. 비례상수 ρ는 물질의 고유한 값으로 저항률 또는 비저항이라 한다. 일반적으로 물질의 저항값은 온도에 따라 변하는데 도체는 온도가 상승하면 전기저항이 증가하지만 반도체나 절연체에서는 오히려 작아지는 경향을 보인다. 또한, 특정 온도 이하에서 전기저항이 0이 되는 물질이 있는데, 이러한 물질을 '초전도체'라고 한다.

전기장이 가해졌을 때 전류를 흐르게 할 수 있는 물질의 능력으로, 비저항의 역수이고, 단위는 S(Siemens)/m 또는 1/Ωm를 사용한다. 일반적으로 금속은 전기저항이 적어 전기전도도가 좋다.

 

전기전도도는 물질이나 용액이 전류를 운반할 수 있는 정도를 말하며, 용액 중의 이온세기를 신속하게 평가할 수 있는 지표로서 사용된다. 용액에 담겨 있는 2개의 전극에 일정한 전압을 가해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 하는데, 이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존한다.

전기전도도는 비저항의 역수로 구할 수 있으며, 주로 σ 로 표기한다.

 [ ρ ] =Ωm,  σ = 1/ρ

단위는 비저항 단위의 역수(Ω-1m-1)로 나타낼 수 있으며, 국제적으로 S m-1 단위가 통용되고 있다.

전기전도도는 용액 속에 들어있는 이온의 농도 외에도 전극 사이의 거리, 전극의 단면적, 이온의 전하 크기, 온도 등에도 영향을 많이 받는다. 일반적으로 금속은 전기저항이 적어 전기전도도가 좋다.

 

• 물질, 온도에 따라 달라지며
• 이 값은 표에의해 설정된valor taubulado 값이다!

 

옴의법칙ley de ohm

저항이 상수인 저항성 도체conductor ohmico 에서 전류의 세기는 두 저항체의 전위차와 비례한다! 

전압의 크기=V(볼트><!)

전류의 세기= I

전기저항= R이라 할 때, V=iR

발전기 기전력Fuerza electromotriz de un generador

발전기에 의해 생성되는 에너지로 통과하는 전하 단위로 계산한다. 

생성된 에너지E 는 전위이고, 단위는 V (볼트)이다

전압공식이라고 주로 말하는 듯!

이때 전압은 전위차이지, 힘이 아니다!

 

에너지 보존 법칙이 유효한 한, 전기를 아무런 대가 없이 생산해 낼 수는 없다. 그러므로 전기를 지속적으로 만들어 내기 위해서는 순환 가능한 어떤 역학적 운동이 필요하며, 대부분의 경우 원운동이 이에 해당한다. 원운동의 회전 속도에 동기화된 전기를 생산하므로 동기발전기(synchronous generator)라고도 부른다. 자기장 하에서 외부 힘에 의해 움직이는 도체 원판 등에서는 패러데이 전자기유도 법칙에 의해 내부에 전위차가 발생한다. 이 전위차를 기전력이라고 부른다. 발전기가 외부 회로에 연결되면, 이 기전력이 전압의 근원으로 작용할 수 있게 된다. 그러므로, 자기장을 공급할 자석과 전하를 띤 전자가 자유롭게 움직일 수 있는 금속 재질의 코일이나 판이 필요하며, 외부 힘에 의해 자석과 도체 사이의 상대적인 회전 운동을 쉽게 하는 장치가 필요하다.

 

 

◆ 전기장내에서 전기력과 전위에 관한 기본 개념(1)

전기이론)02.정전계

↪관련문제

 

 

에너지와 전기 포텐셜energia y potencia electrica

• 발전기를 통해 제공된 에너지!sumisnistrada por el generador (전력공식)

W=Ei⧍t

전력 P
1) 종류 : 일률(W)
2) 단위 : 시간당 일, 즉 전하(전자)가 회로를 따라 움직이면서 시간당 하는 일!

=> 따라서 일률로 다시 풀어서 계산할 수 있당!

 

• 회로에서 소비된 에너지disipadas en el circuito

W=Vi⧍t

 

+) 줄의공식!

저항기resistor 에서, 에너지는 열로 소비된당! 그래서 응 열역학공식 막 나오더라....

전기 장치의 사양Especificaciones de un dispositivo electrico

- 정해진 값valores nominles:

• 장치에 필요한 전위potencia와 전압tension에 해당한당
• 장치dispositivo가 정상적으로 작동하기 위해 필요한 값이당!

ex) 220V/75W 짜리 전구 lámpara 

=>  정상적으로 작동하기 위해 필요한 양을 설명하는 거자나. 그니까 이 전구는 220V 전력을 연결하면 75W의 전력을 소비disipa 한다는 얘기임! 

 

그럼 만약에 전압이 정해진nominal 보다 높다면? 장치가 타버린데...무셩

그니까 정해진 값에 맞게 쓰라구!!

전구나, 히터calentador 등의 저항장치는 정해진값보다 낮은inferior 이랑은 연결해도 되긴한데... 원래 소비되어야 할 양 만큼의 에너지를 소비하지는 않는뎅.

 

전력측정기medidores electricos

• 전류계Amperimetro: 전류의 세기를 측정mide intensidada de corriente! 

전류의 측정 단위인 ampere(A, 암페어)의 am과 측정기구를 뜻하는 meter(미터)를 합성하여 암미터라고도 한다. 원통형의 철심에 감아 놓은 코일을 자기장 속에 두고 전류를 흘리면, 코일은 전류와 수직한 방향으로 전류의 세기에 비례하는 힘을 받는다. 이 힘에 의해 코일이 회전하고 회전축에 달아 놓은 용수철의 탄성력과 코일이 자기장으로부터 받는 힘이 같아지면 멈춘다. 회전각은 전류의 세기에 비례하므로 코일에 연결된 바늘이 가리키는 눈금을 읽으면 전류의 세기를 알 수 있다.

 

- 직렬serie 로 여러 장치elemento recorridos 를 전류에 연결시킨당

- 회로의 작동조건condiciones de funcionamiento del circuito이 변하지 않을 만큼 적은despreciable 저항을 가져야 함!

• 전압계voltímetro: 전기회로에서 저항 등 회로요소의 양끝 사이의 전압을 측정하는 기구

직류 또는 교류의 전압을 측정하는 계기이다. 전압계는 전류계와 거의 같으나 큰 저항이 코일과 직렬로 연결되어 있어 전압계의 전체 내부 저항이 아주 크다. 전압계는 회로에 병렬로 연결되기 때문에 내부 저항이 작으면 많은 전류가 전압계로 흘러 측정하고자 하는 전압의 값이 달라진다.

 

- 전압차ddp를 구하고 싶은 두 지점 사이를평행하게 연결한다

- 회로의 전류를 빗겨나가지 않도록a fin de no desviar a traves de el la corriente de circuito엄청난 저항을 가져야함, resistencia muy grande

 

+) 직렬en serie과 병렬paralelo의 차이

혼합 저항asociación de resistores

 

합성 등가저항은 합성과 동일한 효과를 생성하는 저항기다. 즉, 합성과 동일한 전위차가 가해지면 동일한 강도의 전류가 흐르도록 한다!resistor equivalente de una asociacion es el resistor que produce el mismo efecto que la asociacion; o sea, sometido a la misma diferencia de potencial de la asociacion, deja pasar una corriente de la misma intensidad

 

=> 즉, 한 회로안에서 저항의 비와 전압의 비는 동일하다.

 

직렬로 연결한 저항asociacion en serie

저항기가 서로 연이어 연결된 합성으로, 하나의 전류가 흐르도록한다!una asociacion en la cual los reisstores se conectan uno a continuacion de otro, de modo a ofrecer un unico camino para el paso de la corriente electrica.

직렬로 연결된 저항의 특징caracteristicas de la asociacion

• 전류에 있는 모든 저항기의 세기는 같다.
• 회로의 전위차ddp는 u=u1+u2+u3 이다!
• 저항이 강한 저항기일수록, 전위차ddp도 높아짐!
• 등가저항resistencia equivalente이 최대저항mayor resistencia 보다 크다!
• 등가저항은 Req= R1+R2+R3 이다.
• 에너지는potencia 는 저항이 큰 저항기에서 더 많이 소비됨disipada
• 합성에 의한 소비에너지는 P=i^2Req이다!
• 저항이 같은 저항기가 합성되면

- 각 저항기의 전위차는 Uc/r = U/n 이다!

- 모든 저항기의 소비된 에너지는 같음!

 

병렬로 연결한 저항asociacion en paralelo

- 두 개 이상의 저항을 회로안에서 두 점이 같은 저항기를 연결시킬때, 

 

 

 

병렬로 연결된 저항의 특징caracteristicas de la asociacion

• 저항기의 모든 전위차는 같다! 
• 전류의 세기는 i= i1+i2+i3이다
• 저항이 적은 저항기일수록, 전류의 세기도 높아짐!
• 등가저항resistencia equivalente이 최대저항mayor resistencia 보다 작다!
• 등가저항은 1/Req= 1/R1+1/R2+1/R3 이다.
• 에너지는potencia 는 저항이 작은 저항기에서 더 많이 소비됨disipada
• 합성에 의한 소비에너지는 P=u^2Req이다!
• 저항이 같은 저항기가 합성되면

- 각 저항기의 전위차는 ic/r = i/n 이다!

- 모든 저항기의 소비된 에너지는 같음!

 

 

두 지점 A ,B T사이의 전위차는 30V이다.

1) 등가저항

2) 저항이 10 Ω 인 저항기가 있을때, 전류의 세기?

3) 2Ω 저항기의 전위차는?

 

 

1) 등가저항

Req= 15 Ω

2) 저항이 10 Ω 인 저항기가 있을때, 전류의 세기?

ic = Uab/Req=30=15=2A

Ucd=iR=2x5=10V -> i10=Ucd/Rcd=10/10=1 A

3) 2Ω 저항기의 전위차는?

U2Ω= i102=1x2=2 V

 

실제 발전기generador real

회로에 발전기가 연결되면, 회로의 전위차가 유지된다! U<E

• 발전기에 의해 생성된suministrada 에너지의 합-> Ei
• 발전지의 내부 저항에 의해 소비된 에너지 -> i^2r
• 회로안에서 소비된 에너지 -> Uab i 

푸리에 방정식Ecuacion de pouillet