제21강 교류회로와 전자기파 21.1 교류 회로에서의 저항 저항기: 전류와 전압이 같은 시간에 최대값 → 동일한 위상 전기에너지가 저항기에서 열로 변환되는 전력 21장 교류 회로와 전자기파 i: 교류 → P가 시간에 따라 변함
저항기에서 교류 전류가 소모하는 것과 같은 양의 에너지를 소모하는 직류 전류 제곱 평균 제곱근(rms) 전류 I 제곱 평균 제곱근(rms) 전류 I 저항기에서 교류 전류가 소모하는 것과 같은 양의 에너지를 소모하는 직류 전류
• 교류 전압 ＊제곱 평균 제곱근 값들을 사용하면 많은 관계식들이 직류 회로에서 사용되었던 것들과 같은 형태.
예제 21.1 전류란 무엇인가? 어떤 교류 전원이 v=(200V)sin2πft인 출력을 갖는다. 이 전원이 100Ω저항과 연결되어 있다. 저항에 흐르는 전류값을 구하라.
21.2 교류 회로에서의 축전기 저항과 달리 vc와 ic가 보조가 안 맞음. ic가 최대값에 도달한지 1/4주기 후에 vc가 최대값이 된다. ↓ 전압이 전류보다 항상 90° 지체된다.
• 전기용량 리액턴스 예제 21.2 8㎌의 축전기가 전압 150V, 진동수 60Hz인 교류 발전기의 단자에 교류 회로에서 축전기의 전류에 대한 방해 효과 예제 21.2 8㎌의 축전기가 전압 150V, 진동수 60Hz인 교류 발전기의 단자에 연결되어있다. 전기용량 리액턴스와 회로의 전류를 구하라.
21.3 교류 회로에서의 인덕터 ＊ 전압이 전류보다 90˚ 앞서간다. • 유도 리액턴스: 교류 회로에서 코일의 전류에 대한 방해 효과
예제 21.3 인덕터만 가진 교류 회로에서, L=23mH이고 근 전압이 150V이다. 진동수가 60Hz일 때, 유도 리액턴스와 회로에 흐르는 전류를 구하라.
21.4 RLC 직렬 회로 vR은 i와 동일 위상 2. vL은 i보다 90°앞서간다. 3. vC는 i보다 90°지체된다.
예제 21.4 교류 RLC회로의 분석 R=250Ω, L=0.6H, C=3.5㎌, f=60Hz, V=150V인 직렬 교류 회로를 분석해 보라. 예제 21.4 교류 RLC회로의 분석
21.5 교류 회로에서의 전력 예제 21.5 평균 전력의 계산 교류회로에서 축전기와 인덕터에서는 에너지 소모가 없음. 저항기에서만 에너지 소모 → 예제 21.5 평균 전력의 계산 예제 21.5 평균 전력의 계산 R=250Ω, L=0.6H, C=3.5㎌, f=60Hz, V=150V인 직렬 회로에 전달되는 평균 전력을 계산하라.
21.6 RLC 직렬 회로의 공명
예제 21.6 공명일 때의 회로의 전기용량 R=150Ω, L=20mH, 2πf=5.0×103s-1인 RLC직렬 회로가 있다. 전류가 최대가 되는 전기용량의 값을 구하라.
21.7 맥스웰의 예측 21.8 헤르츠의 발견 맥스웰: 전기와 자기 이론을 통합 → 맥스웰 방정식: 21.7 맥스웰의 예측 21.8 헤르츠의 발견 맥스웰: 전기와 자기 이론을 통합 → 맥스웰 방정식: 1. 전기장은 양전하에서 발생하여 음전하에서 끝난다. 점 전하에 생기는 전기장은 쿨롱법칙을 적용해서 결정됨. 2. 자기장은 항상 연속된 고리를 형성. 3. 시간에 따라 변하는 자기장 → 유도 기전력 → 전기장 유도 (패러데이 법칙) 4. 전류 → 자기장(암페어 법칙) “전기장과 자기장: 대칭적인 역할” ↓ 변동하는 전기장 → 자기장 유도
진동하는 전하 → 변동하는 전기장과 자기장 발생 ↓ 파동으로서 공간을 통해 이동 1887년 헤르쯔가 ← 전자기파(빛의 속도) 전자기파 발견 예: c=3×108m/s
21.9 안테나에 의한 전자기파 발생 21.10 전자기파의 성질 안테나에서 진동하는 전하 → 전기장 발생 t=0 t=T/4 진동하는 전하 → 전류 → 자기장 t=T
전자기파의 성질
예제 21.7 태양 에너지 태양이 지표면에 단위 면적당 1000W/m2의 평균 일률을 전달한다고 하자. 가로 20m 세로 8m인 지붕에 입사되는 총 일률을 계산하라. 복사선이 지붕에 수직으로 입사한다고 가정하라.(태양은 바로 머리 위에 있다.)
21.11 전자기파의 스펙트럼 라디오파: AM, FM & TV 마이크로파(단파장 라디오파) 적외선파: 적외선 복사(물리치료), 적외선 사진 가시광 자외선: 피부를 태움 X선: 의학에서 진단 선: 방사성 핵에 의해서 방출 • 진동수와 파장에 따라 다양한 응용과 특성