정전유도 커패시턴스와 콘덴서 콘덴서의 접속 정전 에너지 정전기의 흡인력
1. 정전 유도 [1] 정전기와 정전기력 ① 정전기 : 대전에 의하여 얻어진 전하가 절연체 위에서 더 이상 이동하지 않고 정지하고 있는 것. ② 대전 : 어떤 물질이 양(+)전기나 음(-)전기를 띠는 현상. ③ 정전기력 : 두 전하 사이에 작용하는 힘. 전기력, 정전력.
1. 정전 유도 [2] 정전 유도 ① 정전 유도 : 대전체 A에 대전되지 않은 도체 B를 가까이 하면 A에 가까운 쪽에는 다른 종류의 전하가, 먼 쪽에는 같은 종류의 전하가 나타나는 현상. ② 충전 : 전기적으로 중성인 대전체가 전하를 가지게 되는 것. ③ 접지 : 대지에 도체를 연결시키는 것. ④ 방전 : 대전체가 가지고 있던 전하를 잃어버리는 것.
2. 커패시턴스와 콘덴서 [1] 커패시턴스 ① 커패시턴스 : 전극이 전하를 축적하는 능력의 정도를 나타내는 상수로서 전극의 형상 및 전극 사이를 채운 유전체의 종류에 따라 결정되는 값. [2] 콘덴서의 구조 ① 커패시터 : 2개의 도체 사이에 유전체를 끼워넣어 커패시턴스 작용을 하도록 만들어진 장치. 콘덴서 여기서, C : 커패시턴스[F], ε : 유전율[F/m], l : 극판간의 간격[m], A : 극판의 면적[m2] ② 큰 정전용량의 콘덴서를 얻는 방법 - 극판의 면적을 넓게 함 - 극판 간의 간격을 좁게 함 - 비유전율이 큰 절연체를 사용함
2. 커패시턴스와 콘덴서 [3] 콘덴서의 종류 ◆콘덴서- 가변콘덴서, 고정콘덴서( 마일러 콘덴서, 마이카 콘덴서, 세라믹 콘덴서, 전해 콘덴서 ) (가) 가변 콘덴서 : 전극은 고정 전극과 가변 전극으로 되어 있고 가변 전극을 회전하면 전극판의 상대 면적이 변하므로 정전 용량이 변함. 공기 가변 콘덴서(바리콘)가 대표적. (나) 고정 콘덴서 ① 마일러 콘덴서 : 플라스틱 필름이 유전체, 용량의 정밀도 높고, 주파수 특성이 우수 ② 마이카 콘덴서 : 운모와 금속박막으로 됨. 온도 변화에 의한 용량 변화가 작고 절연 저항이 높은 우수한 특성. 표준 콘덴서 ③ 세라믹 콘덴서 : 비유전율이 큰 산화 티탄 등이 유전체, 가격대비 성능이 우수, 가장 많이 사용. ④ 전해 콘덴서 : 전기 분해하여 금속의 표면에 산화피막을 만들어 유전체로 이용. 소형으로 큰 정전 용량을 얻을 수 있으나, 극성을 가지고 있으므로 교류회로에는 사용할 수 없다.
3. 콘덴서의 접속 [1] 병렬 접속 Q1=C1V[C], Q2=C2V[C], Q3=C3V[C] Q=Q1+Q2+Q3=C1V+C2V+C3V=(C1+C2+C3)V[C] [2] 직렬 접속 V1=Q/C1[V], V2=Q/C2[V], V3=Q/C3[V] V=V1+V2+V3=Q/C1+Q/C2+Q/C3=(1/C1+1/C2+1/C3)Q[V] ∴C=Q/V=1/(1/C1+1/C2+1/C3)[F]
4. 정전 에너지 [1] 콘덴서로 유입되는 에너지 ① 정전 에너지 : 콘덴서를 충전할 때 발생하는 에너지 W=1/2QV=1/2CV2=Q2/(2C)[J] [2] 유전체 내의 전기장의 에너지 ① 정전 에너지 : W=1/2CV2=1/2CV·V=1/2Q·El=1/2Ψ·El=1/2DEAl[J] ② 단위 체적당 에너지 : W0=W/(Al)=1/2DE=1/2εE2=1/2·D2/ε[J/m3]
5. 정전기의 흡인력 ① 정전 흡인력 : F0=1/2ε0E2[N/m2] ② 접전 흡인력의 이용 - 정전 전압계 - 정전 집진 장치 : 먼지 등의 작은 입자를 제거하는 장치 - 정전기록 - 정전도장