1. 전기, 전자의 정체 생활속의 전기 위덕대학교 이수형

1장. 전기전자의 정체 생활과 밀접한 전기, 전자 전하의 발생 전류란? 전기에너지는 빛의 속도 전압, 전원, 저항 전기회로와 옴의 법칙 전력과 전력량 전기의 저장, 전하그릇과 자속 그릇 전기의 역사

1-1 생활과 밀접한 전기전자 전기현상 : 자연적인 현상 자기현상 정전기 (물체의 마찰) 번개 동물 (전기가오리, 전기메기, 전기뱀장어) 자기현상 자철석 (철을 당기는 현상) 나침반

19C 말 에디슨의 백열전구 화학 에너지의 세계 전기 에너지의 세계

전기에너지의 장점 발전 추세 다루기가 쉽다. (간단한 스위치 조작) 저장 설비가 불필요, 공급과 소비가 동시에 이루어짐 (석유, 석탄 등) 무형, 무색, 무취 발전 추세 발전 장치의 사유화 국가간의 교역의 대상

1-2 전하의 발생 B.C. 600년 탈레스 : 마찰전기의 발생 호박(렉트론) → 일렉트론(electron) → electricity

전기력의 생성 원자의 구조 : 핵(양성자, 중성자) + 전자 +, - 성질이 균형 평형이 붕괴되면 음전하와 양전하로 분리 원자의 구조 : 핵(양성자, 중성자) + 전자 +, - 성질이 균형 평형이 붕괴되면 음전하와 양전하로 분리 전하 : 전기의 성질을 띄는 최소입자

전하 전기의 성질을 띄는 최소 입자 발생 : 외부로부터 에너지원이 필요 금속의 경우 비교적 쉽게 발생 도체 : 전기가 잘 통하는 물체 절연체 : 전기가 잘 통하지 안은 물체 전하의 단위 : 쿨롬(coulomb: [C])

종류 성질 비고 도체 물체의 내부에 자유 전자가 많아서 전류의 흐름에 저항이 적어 전기가 잘 통하는 물체 금속, 소금, 산, 알카리의 수용액, 인체대지 등 부도체 물체의 내부에 자유 전자가 거의 없어서 전류의 흐름에 저항이 심하여 전기가 거의 통하기 어려운 물체 건조한 공기, 유리, 에보나이트, 베이클라이트, 파라핀, 운모, 수정, 고무, 도자기, 플라스틱, 유황 등 반도체 평상시는 자유전자가 거의 없다가 외부에서 에너지가 공급되면 원자의 핵에 구속되었던 전자가 자기의 구속된 궤도에서 많이 탈출되어 즉 자유 전자가 많아져 전류가 쉽게 흘러 전기가 잘 통하게 되는 물체 아산화 동, 셀리움(Se), 게르마늄(Ge), 실리콘(Sio, 홍 아연광, 홍 동광)

1-3 전류란? 전류 : 전하의 이동 (= 자유전자의 이동) 정전기 : 정지하여 있는 전기 전압 : 전류가 흐르도록 하는 전위차 전류의 단위 : 초당 통과하는 전기의 양 (ampere : [A]) 1 A : 1초당 1C의 전하가 이동

1-4 전기 에너지의 속도 전기에너지 : 빛의 속도로 이동 자유전자와 전류는 반대 방향으로 이동 (음전하) (+ → - ) 자유전자와 전류는 반대 방향으로 이동 (음전하) (+ → - ) 전류의 방향

1-5 전압 전압 : 두 지점간의 전위차 1C의 +전하에 대한 위치 에너지 단위 : 볼트 (volt : [V])

1-6 전원 전원, 기전력 : 전위를 높게 만들어 주는 것 건전지 : 화학 에너지 → 전기에너지 : 직류 발생 발전기 : 운동 에너지 → 전기에너지 : 교류 발생

직류와 교류

1-7 저항 저항 : 전기의 흐름을 방해하는 것 전기 에너지 → 다른 에너지 (열 에너지, 빛 에너지) 단위 : 옴(ohm : [Ω])

1-8 옴의 법칙 전기 회로 : 전기 제품이 서로 연결되어 있는 것 회로 : 전하가 흐르는 도로 전원, 선로, 스위치, 전기 제품으로 구성

옴의 법칙 : 저항, 전류, 전압의 관계 흐르는 전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례 (전압 V) (저항 R) = …. (전류 I)

1-9 전력과 전력량 전력 : 단위 시간당 한 일 (에너지) 전력량 : 일정기간 동안 사용한 에너지 (일) 순간 에너지 단위 : 와트 (watt : [W]) 예] 백열등 60W 참고 : 1 마력 = 746W 전력량 : 일정기간 동안 사용한 에너지 (일) 전력량 = 시간 x 전력 단위 : kWh, 1kWh = 1kW x 1 hour (에너지 또는 일) (전 력) = …. (시 간)

1-10 전기의 저장 직류 : 축전지 사용 교류 : 저장이 불가능 절연체

1-11 전하그릇과 자속그릇 전하의 저장 : 두 개의 도체 + 절연체 (축전지) 성질 : 커패시턴스, 정전용량 : 전하그릇의 크기 장치 : 커패시터, 전하그릇 단위 : 패러드 (farad : [F] ) 전하량 = 커패시턴스 x 전압 (저장되는 양) (절연체의 유전율 V) x (거리 d) (커패시턴스 C) = …. (단면적 A)

동전기적 특성 전류 → 자속생성(자기적 특성) : 전자석의 원리

인덕턴스 : 전류가 흐르면 자속 생성 성질 → 장치 : 인덕터 (자속그릇) (자속) = (인덕턴스) x (전류) 성질 → 장치 : 인덕터 (자속그릇) (자속) = (인덕턴스) x (전류) 인덕턴스는 저장용으로 사용이 거의 불가능(초전도체 사용시 가능)

1-12 전기의 역사 고대 그리스 12C~13C 탈레스(Thales, BC 600년 경) 마그네스(Magnes ) 호박(amber)에서 마찰 전기 발견 마그네스(Magnes ) 천연 영구 자석 발견 Magnetite 12C~13C 낵엄(Alexander Neckham, 1186) 자기의 이용에 대해 처음 기록 마리쿠르(Pierre de Maricourt, 1269) 천연자석을 이용한 영구 운동 기계 제작 나침반에 대해서 기술, 자석의 극 명명 자기 에너지를 기계적 에너지로 변환시킬 수 있음을 제시

16C 17C 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus, 1543) :지동설 주장 바우어(George Bauer, 1544) :호박의 마찰 전기 대해 정리 카르다노(Girolamo Cardano, 1551) : 자기와 전기가 다름을 구분 17C 길버트(William Gilbert, 1600) 지구가 자석임을 발견, electric 이라는 말을 처음 사용 De Magnet 출간 브라운(Sir Thomas Browne, 1646) : Electricity를 처음 사용 게리케(Otto von Guericke, 1672) :정전기 발생기 제작

18C 혹스비(Francis Hauksbee, 1709) : 마찰전기 발생기 제작 그레이(Stephen Gray) : 사람 몸이 도체임 발견(1730) 도체를 통해 전기가 유도됨을 증명(1732) 빈클러(Johann H Winckler, 1733) 전기 발생 기구 제작 보제(George M Bose, 1738) 유리에서 발생된 전기를 도체로 유도하는 방법 소개 폰 클라이스트, 반 무스켄브레크 (1745) : 라이든 병(Leyden jar) 개발 플랭클린(Benjamin Franklin, 1746) 양전기와 음전기로 전기 구분, 피뢰침 발명 쿨롱(Charles Augustin de Coulomb, 1785) : Coulomb’s law 정립 볼타(Alessandro Volta, 1792) : 볼타(Voltaic) 전지 제작

19C 외르스테드(Hans Christian Oersted, 1820) : 전류와 자기가 밀접한 관계에 있음을 발견 암페어(A. M. Ampere, 1820) : 전류 측정장치 개발, 암페어 법칙 옴(Georg Simon Ohm, 1827) : 옴 법칙 정립 다니엘(John Frederic Daniell, 1836) : 다니엘 전지 제작 패러데이(Michael Faraday) : 전자유도 법칙 발견(1831), 유도코일 제작(1842) 헨리(Joseph Henry, 1842) : 라이든 병 방전 시 진동현상 시사 맥스웰(James Clerk Maxwell, 1864) : 전자파 존재 제시 퀴리 형제(Pieere Curie, Jacques, 1880) : 압전 효과 발견 헤르츠(Heinrich Hertz, 1886) : 진동전류 발생 방법 제시 테슬라(Nikola Tesla, 1886) : 고주파 전류 발생 장치 고안

20C 우리나라 헐(AW Hull, 1920) 1882년 에디슨 전등회사와 설치계약 1898년 한성전기회사 설립 자전관(magnetron) 발명 극초단파 우리나라 1882년 에디슨 전등회사와 설치계약 1898년 한성전기회사 설립