Copyright Prof. Byeong June MIN 물의 흐름 Open Question : 강변을 따라 강물과 같은 속도로 걷고 있는 관찰자에게도 물이 흐르고 있는 걸까? 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

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Copyright Prof. Byeong June MIN 물의 흐름 수량(水量) average flow rate 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 물 분자 대신 전하를 띈 입자가 흐르는 것을 전류라고 한다 전하의 흐름 전류 전지 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 전자는 도선 내에 규칙적으로 정렬하고 있는 원자들과 충돌하면서 운동한다. 전하의 흐름 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 전류 electric current 전하 q 를 띈 전하 운반자 면적 A Dt 시간 동안 단면적 A 를 통과한 전하의 양이 Dq 이었다면 단면적 A 를 통과한 전류 전류의 단위 암페어 (Ampere) 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 예제. 사진에 보이는 대용량 전열기에 흐르는 정격 전류는 150 A 이다. 이 전열기를 1 시간 동안 켜놓았다면, 얼마 만큼의 전하가 이 전열기를 통과하였겠는가? 예제. 그 동안 몇 개의 전하가 이 전열기를 통과하였겠는가? 약 5 mol 의 전자가 통과 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 예제. 수소 원자 기저 상태에서 수소 원자의 전자가 핵 주위를 회전하고 있다고 가정하면, 전자로 인한 전류의 크기는 얼마인가? Bohr 의 원자 모델에 의하면, 전자는 핵 주위를 초 당 3 X 1015 바퀴의 비율로 회전한다. 전자는 매 초 3 X 1015 번 단면을 뚫고 나온다. 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 예제. 전기 도선에 1 mA 의 전류가 흐르고 있다. 오른쪽 단면을 통과하는 전자의 개수는 초 당 몇 개인가? e v 동안 단면을 통과하는 전하량은 이것은 대단히 큰 숫자이므로, 전하를 알갱이로 취급하지 않고 연속적인 물질로 취급할 수 있다. 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 도선에 흐르는 전류 단면적 A e v v : 표류속도 drift velocity 유동(遊動) 속도 비교 : 바람의 속도 공기 중의 수소 분자의 속도 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 도선에 흐르는 전류 수도관에 물이 흐르듯 모든 전하가 균일한 속도(drift velocity) v 로 이동한다고 생각하자. 표류 속도 v vdt Dt 동안 단면 A를 통과하는 전하의 양을 계산해보자. 이 때 단면을 밑면으로하고, 높이 v Dt 인 원기둥 내에 있는 전하는 모두 단면을 통과하게 된다. 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 도선에 흐르는 전류 수도관에 물이 흐르듯 모든 전하가 균일한 속도(drift velocity) v 로 이동한다고 생각하자. 표류 속도 v v dt 원기둥의 부피 = A v Dt 전하의 밀도(charge carrier density) = n [개/m3] ( 이것은 도선을 이루고 있는 물질에 따라 고유의 값을 갖고 있다. ) 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 도선에 흐르는 전류 수도관에 물이 흐르듯 모든 전하가 균일한 속도(drift velocity) v 로 이동한다고 생각하자. 표류 속도 v v dt 원기둥의 부피 = A v Dt 전하의 밀도(charge carrier density) = n [개/m3] ( 이것은 도선을 이루고 있는 물질에 따라 고유의 값을 갖고 있다. ) 원기둥 내 전하의 개수 = n A v Dt 단면을 통과한 총 전하량 Dq = n q A v Dt 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 예제. 단면의 넓이가 3.00 X 10-6 m2 인 구리 도선에 10.0 A 의 전류가 흐르고 있다. (a) 각 구리 원자가 1 개 씩의 자유 전자를 내어놓을 수 있다고 가정할 때, 이 도선에서 전자의 유동 속력을 구하여라. 구리의 밀도는 8.92 g/cm3 이고 원자량은 63.5 이다. 구리의 원자량 = 63.5 구리 원자 1 mol 의 질량 = 63.5 g 1 mol = 6.02 X 1023 개 따라서 구리 1 mol 이 내어놓는 전자의 개수 = 6.02 X 1023 개 우리가 필요로 하는 것은 단위 부피 내의 전자의 개수 = 전자 밀도 = n [개/m3] 구리 1 mol 의 부피 Vmol (구리 1 mol 에 대하여 r=M/V 를 적용한다.) 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 예제. 단면의 넓이가 3.00 X 10-6 m2 인 구리 도선에 10.0 A 의 전류가 흐르고 있다. (a) 각 구리 원자가 1 개 씩의 자유 전자를 내어놓을 수 있다고 가정할 때, 이 도선에서 전자의 유동 속력을 구하여라. 구리의 밀도는 8.92 g/cm3 이고 원자량은 63.5 이다. 이 때 ,전자가 1 m 를 이동하는데 걸리는 시간은 약 1.12 시간이다 ! ! ! 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 예제. 단면의 넓이가 3.00 X 10-6 m2 인 구리 도선에 10.0 A 의 전류가 흐르고 있다. (a) 각 구리 원자가 1 개 씩의 자유 전자를 내어놓을 수 있다고 가정할 때, 이 도선에서 전자의 유동 속력을 구하여라. 구리의 밀도는 8.92 g/cm3 이고 원자량은 63.5 이다. 이 때 ,전자가 1 m 를 이동하는데 걸리는 시간은 약 1.12 시간이다 ! ! ! 전류가 흐르는 것은 전자가 빠른 속도로 전달되는 것이 아니라, 전기장이 전달되는 것이다. 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN

Copyright Prof. Byeong June MIN 예제. 단면의 넓이가 3.00 X 10-6 m2 인 구리 도선에 10.0 A 의 전류가 흐르고 있다. (b) 이상 기체 모형을 이용하여, 섭씨 20.0 도에서 전자의 rms 속력을 구하여라. 이상 기체 모형에 의하면 기체 분자의 운동에너지는 절대 온도 T 에 비례한다. 유동 속력 <<< 2019-04-17 Copyright Prof. Byeong June MIN