과목명 ; 소방전기회로 강의 교재 ; 소방전기회로 저자 ; 최충석, 김진수 ( 출판사 : 동화기술)

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1 과목명 ; 소방전기회로 강의 교재 ; 소방전기회로 저자 ; 최충석, 김진수 ( 출판사 : 동화기술)
부교재 1 : 소방전기공학 [학문사] 부교재 2 : 쉽게 배우는 전자기학 [저자 ; 박건작(북스힐 출판사) 부교재 3 : 교류회로 이론 [저자 ; 전상영, 정경욱 기한재 출판사) 부교재 4 : 알기 쉬운 전자공학 개론 [ 저자 : 강성화 공저 동화기술 출판사]

2 과목명 ; 소방전기회로 소방전기회로의 구성에 필요한 고급지식을 습득하고 다양한 회로에 적용해서 해석하는 방법을 강의한다.
주요 강의 내용은; 전자기학의 기초개념 고급 회로망 해석법 복소면에서 표기 및 해석법 기본소자의 작동원리 전자 및 자동제어 회로의 작동원리

3 강의 평가 개요 수시 중간고사 기말고사 출석 비고 20% 30% 100%

4 단원요약 1.1 전기의 기원 1.2 물질의 구조 1.3 전류 1.4 전위와 전압 1.5 직류 공급장치 회로이론의 기초
1장 : 회로이론의 기초 1.1 전기의 기원 1.2 물질의 구조 1.3 전류 1.4 전위와 전압 1.5 직류 공급장치 1.6 도체와 절연체 1.7 옴의 법칙 1.8 줄의 법칙 1.9 전력 1.10 전력계 1.11 효율 1.12 에너지 2장 : 저항 회로 2.1 도체의 저항 2.2 도체의 컨덕턴스 2.3 물질의 온도계수 2.4 저항의 형태 2.5 색 저항 2.6 저항기 2.7 바이메탈 2.8 서미스터 3장 : 직렬 회로의 해석 3.1 직렬 회로의 개요 3.2 직렬 회로 3.3 직렬 전압원 3.4 키르히호프의 전압법칙 3.5 직렬소자의 상호변환 3.6 전압분배법칙 3.7 전압원의 내부저항 3.8 전압변동률 3.9 전류계의 부하 효과

5 단원요약 4.1 병렬소자 4.2 병렬저항 4.3 병렬회로망 병렬 회로의 해석
4장 : 병렬 회로의 해석 4.1 병렬소자 4.2 병렬저항 4.3 병렬회로망 4.4 키르히호프의 전류법칙 4.5 전류분배법칙 4.6 병렬 전압원 4.7 전압계의 부하 효과 5장 : 회로망의 정리 및 해석법 5.1 회로망의 용어 5.2 직·병렬 회로망 5.3 사다리회로망 5.4 분압기의 부하 5.5 브리지 회로망 5.6 중첩의 원리 5.7 테브낭의 정리 5.8 노튼의 정리 5.9 밀만의 정리 5.10 상반정리 6장 : 축전지 (콘덴서) 6.1 정전용량 6.2 콘덴서의 구조 6.3 콘덴서의 종류 6.4 콘덴서의 충전과 방전 6.5 콘덴서의 접속 6.6 콘덴서에 축적된 에너지

6 단원요약 7.1 전류 및 전압의 파형 7.2 정현파 교류 기전력의 발생 7.3 주파수와 주기
7장 : 정현파 교류회로 7.1 전류 및 전압의 파형 7.2 정현파 교류 기전력의 발생 7.3 주파수와 주기 7.4 순시값과 위상 7.5 평균값 7.6 실효값 7.7 파형률과 파고율 7.8 간단한 정현파 회로 8장 : 자기 회로 8.1 자기 현상 8.2 쿨롱의 법칙 8.3 자기의 세기와 자속 밀도 8.4 투자율 8.5 자기회로 8.6 히스테리시스 곡선 8.7 앙페르의 오른나사 법칙 8.8 플레밍의 법칙 8.9 비오 –사바르의 법칙 9장 : 코일 (인덕터) 9.1 페러데이의 전자유도 법칙 9.2 렌츠의 법칙 9.3 자기 인덕턴스 9.4 상호인덕턴스 9.5 과도현상 9.6 코일의 연결 9.7 코일에 저장되는 에너지

7 단원요약 10.1 복소수의 기초 10.2 복소수의 여러 가지 표현 10.3 정현파의 복소수 표시
10장 : 기본소자와 페이저 10.1 복소수의 기초 10.2 복소수의 여러 가지 표현 10.3 정현파의 복소수 표시 10.4 소자의 페이저 표시 10.5 복소 임피던스 10.6 복소 어두미턴스 10.7 페이저를 이용한 정현파 회로 해석 11장 : 교류 전력과 에너지 11.1 저항 부하의 전력 및 에너지 11.2 인덕턴스 부하의 전력 및 에너지 11.3 캐퍼시턴스 부하의 전력 및 에너지 11.4 일반회로의 전력과 역률 11.5 유효전력과 무효전력 11.6 피상전력 11.7 복소전력 11.8 최대전력전송 11.9 전력의 측정 전력량의 측정

8 단원요약 12장 : 3상회로 12.1 다상방식의 이점 12.2 기전력의 발생 및 접속 상 회로의 구성 12.4 평형 3상 회로의 전압과 전류 12.5 평형 3상 회로의 등가변환 12.6 평형 3상 회로의 해석 상 회로의 전력 12.8 회전자계 12.9 선로의 전압 강하 13장 : 변압계 13.1 변압기의 원리 13.2 변압기의 구조 13.3 이상변압기 13.4 실제 변압기 13.5 변압기의 등가회로 13.6 변압기의 손실과 효율 13.7 단상변압기의 결선 상 변압기 13.9 단권 변압기 14장 : 전자회로의 기초 14.1 다이오드 14.2 트랜지스터 14.3 특수반도체 소자 집적, 정류, 븡폭 회로 14.7 펄스발진 회로 14.8 기본 논리회로 14.9 조합논리회로 순서 논리회로

9 단원요약 시퀀스제어 회로 15.1 자동제어의 기초 15.2 시퀀스 제어계의 구성 15.3 시퀀스 제어용 기기
15장 : 시퀀스제어 회로 15.1 자동제어의 기초 시퀀스 제어계의 구성 시퀀스 제어용 기기 15.4 시퀀스 제어의 기본 회로 시퀀스 도면의 작성 15.6 시퀀스 제어의 실제 15.7 시퀀스 제어의 구성 프로그램형 제어기 16장 : 경보설비 회로비 회로 경보설비 회로 16.1 자동 화재 탐지 설비 16.2 전기 누전 경보 16.3 가스 누설 경보 16.4 비상 경보 설비

10 주별 강의 개요 강의 계획 설명 1주 1장 : 회로이론의 기초, 2장 : 저항 회로 2주 3장 : 직렬 회로의 해석
3장 : 직렬 회로의 해석 3주 4장 : 병렬 회로의 해석 5장 : 회로망의 정리 및 해석법 4주 6장 : 축전지(콘덴서) 8장 : 자기 회로 9장 : 코일 (인덕터) 5주 7장 : 정현파 교류회로 10장 : 기본소자와 페이저 11장 : 교류 전력과 에너지

11 주별 강의 개요 6주 12장 : 3상회로 13장 : 변압계 7주 14장 : 전자회로의 기초 8주 9주
15장: 시퀀스· 제어 회로 16장: 경보설비 회로 10주 -16주 소방전기회로 관련 문제풀이

12 1장 회로이론의 기초 1.1 전기의 기원 1.2 물질의 구조 1.3 전하와 전류 1.4 전위와 전압 1.5 직류 공급장치 1.6 도체와 절연체 1.7 옴의 법칙 1.8 줄의 법칙 1.9 전력 1.10 전력계 1.11 효율 1.12 에너지

13 1.1 전기의 기원 1.2 물질의 구조 원자모형 1. 원자: 원자핵과 주변의 전자로 구성 최외각전자 N M
1.1 전기의 기원 1.2 물질의 구조 1. 원자: 원자핵과 주변의 전자로 구성 원자모형 최외각전자 K L N M 원자핵 ; 양성자와 중성자로 구성. 원자 질량의 99.99[%] 차지. 각(shell )이라 하며 전자가 규칙적으로 채워지는 장소 K 각 ; 2개 L 각 ; 8개 M 각 ; 18개 N 각 ; 32개

14 전자의 전하량 e = - 1.60 × 10-19[C] 양성자 전하량 e = +1.60 × 10-19[C]
K 각 ; 2개 L 각 ; 8개 M 각 ; 18개 N 각 ; 32개 ······ 각(shell)과 오비탈(orbital) ► 같은 각에 속한 전자들의 에너지는 모두 동일한 값을 가진다. (예, L각에는 8개까지의 전자가 채워지는데 이들 전자들의 에너지는 모두 같은 값을 가진다.) ► 각은 오비탈로 구성되어 있다. (예, L각에는 s-orbital, px - orbital, py - orbital, pz – orbital 등의 4개의 orbital 이 있다. 각 orbital 에는 전자가 2개까지 채워진다.) 전자의 전하량 e = × 10-19[C] 양성자 전하량 e = × 10-19[C]

15 2. 분자(molecule) 이온결합(ionic bond) 알칼리원소와 할로겐 원소간에 전기적인 결합 (예 NaCl, KBr,LiF 등) ∙알칼리원소: Na,K,Li 등과 같이 한개의 전자를 방출하면 폐각구조를 이루는 원소 ∙할로겐원소: Cl,F,Br 등과 같이 한개의 전자를 얻으면 폐각구조를 이루는 원소

16 ▶이온결합의 예 NaCl Na는 한개의 전자를 방출하여 + 이온이된다; Na → Na++e- Cl 은 한개의 전자를 받아들여 - 이온이된다; Cl + e- → Cl- ☞ 결론적으로 Na+ 와 Cl- 가 전기적인 결합을 한다; 이를 이온결합이라함

17 분자를 구성하는 원자들이 상대 원자의 전자를 서로 공유하며 결합 (예 CH4 등)
2. 분자 (2) 공유결합 분자를 구성하는 원자들이 상대 원자의 전자를 서로 공유하며 결합 (예 CH4 등) 수소공유전자 탄소공유전자

18 금속원소의 원자가 집합하여 금속결정을 만드는 경우의 화학결합.
(3) 금속결합 금속원소의 원자가 집합하여 금속결정을 만드는 경우의 화학결합.  ► 전형적인 금속, 예를 들면, 알칼리 금속의 최외각 전자는 자유전자로 자유롭게 금속 내부를 이동하기 때문에 ► 이들 자유전자와 원자가전자를 잃은 금속원자의 양이온 사이의 정전기적 인력이 전체를 결합한다.

19 여기(excitation) 란 전자가 에너지가 높은 준위로 전이한 상태를 말함.
3. 여기와 전리 여기(excitation) 란 전자가 에너지가 높은 준위로 전이한 상태를 말함. 전리(ionization) 란 전자가 원자를 이탈한 상태를 말함 여기 수소의 경우를 예를 들어 보면, 에너지를 가함 K L M ① 수소는 양성자 한 개와 전자 한 개로 구성되며, 전자가 K 각에 있을 때 가장 안정된 상태 K L M ② 이때 외부에서 에너지를 가해주면, 전자는 에너지를 얻어 중아의 원자핵으로부터 멀어진다. 즉, K각에서 L각 혹은 그 위의 각으로 이동하며 이를 여기 되었다고 함

20 ① 수소는 양성자 한 개와 전자 한 개로 구성되며, 전자가 K 각에 있을 때 가장 안정된 상태
(2) 전리 다시 수소의 경우를 예를 들어 보면, 에너지를 가함 K L M ① 수소는 양성자 한 개와 전자 한 개로 구성되며, 전자가 K 각에 있을 때 가장 안정된 상태 ② 이때 외부에서 에너지를 충분히 가하면 전자는 에너지를 원자에서 탈출하게 되며, 이를 전리되었다고 한다. K L M ③ 따라서 수소에는 양성자만 남게 되어 전기적으로 +1가의 이온이 된다. H+

21 En = - n2 13.6 eV 에너지를 가함 수소의 에너지 준위 수소원자 한 개를 이온화시키기 위해서는
K L M E∞ = 0 n = 1 n = ∞ n = 4 n = 3 n = 2 수소의 에너지 준위 E4 = eV E3 = eV E2 = -3.4 eV E1 = eV K L M 수소원자 한 개를 이온화시키기 위해서는 13.6 eV 이상의 에너지를 가해주어야 한다.

22 전류 단위 ; 1[A] = 1[C/s], [A] ;암페어(ampere)
1.3. 전류(전하와 전류) 전류는 매초 유통하는 전하량 전류 단위 ; 1[A] = 1[C/s], [A] ;암페어(ampere) 전자 1개의 전하량 e = -1.60×10-19[C] 양성자 1개 전하량 e = +1.60×10-19[C] 예제 ) 1[C]의 전하량은 전자 몇 개의 전하량에 해당하는가? 전자 1개의 전하량 크기는 1.602×10-19[C] 이므로,

23 1.3. 전류(전하와 전류) 예제 1.2) 도선에 3 [A]의 전류가 9초동안 흘렀다면 몇 개의 전자가 도선을 이동한 것인가 ? 9초 동안 이동한 전하량 DQ = IDt = 3[A] ∙ 9[s] = 27[C] 1[C] 은 6.25 × 1018 개 전자의 전하량 이므로,  27[C] 은 27 × × 1018 개 = 1.68 × 1020 개 전자의 전하량 ► 전류가 일정하게 흐르면 공식을 사용할 수 있으나, 전류가 일정하지 않으면, 즉 시간에 따라 변동하면, 적분하여야 함.

24 DQ I = Dt Q =  dQ =  I dt  (2t + 4) dt = [ t2 + 4t ]
1.3. 전류(전하와 전류) Dt DQ I = ► DQ = I Dt  ∫ dQ = ∫ I dt ► Q = ∫ I dt 예제) i = (2t + 4)[A] 전류가 2분간 도선을 흘렀다면, 이때 통과한 전기량은 몇 [C]인가 ? Q =  dQ =  I dt t  (2t + 4) dt = [ t2 + 4t ] 120 = × 104 [C] 예제) i = 3t2 + 4t [A] 전류가 2분간 도선을 흘렀을 때 이때 통과한 전기량은 약 몇 [C]인가 ? (’96, ’00) Q =  dQ =  I dt t  (3t2 + 4t) dt = [ t3 + 2t2 ] 120 = 1.76 × 106 [C]

25 1.5 직류공급장치(DC power supp;ier)
1.4 전위와 전압 1.5 직류공급장치(DC power supp;ier) ► 직류란 시간의 변화에 관계없이 크기와 방향이 일정한 전류로, ► 직류전압원(DC voltsge source)로는 ① 화학반응을 이용한 축전지 ② 발전기와 정류기 등이 있다. ◎ 축전지(battery) 1 차전지 (혹은 건전지) : 1 회용 2 차전지 (혹은 축전지) : 반복적인 충전과 방전이 가능한 전지로 극판의 형식에 따라 알칼리 축전지( 1.3 V 출력)와 납 축전지 (2V 출력) 등으로 분류

26 1.6 도체와 절연체 1.7 옴의 법칙 1.8 줄의 법칙 1.8 전력 1.9 전력계 ► 전력 P = V ∙ I
1.6 도체와 절연체 1.7 옴의 법칙 1.8 줄의 법칙 전력 1.9 전력계 ► 전력 P = V ∙ I ► 회로의 저항 R의 전력을 측정하기 위해서는 아래와 같이 연결 CC PC R CC: current coil PC : potential coil

27 2장 저항회로 2.1 도체의 저항 2.2 도체의 컨덕턴스 2.3 물질의 온도계수 2.4 저항의 형태 2.5 색 저항
2.6 저항기 2.7 바이메탈 2.8 서미스터

28 l S 2.1 도체의 저항 저항 R = r [W] ► 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례하며
☞ 도체는 온도가 증가하면 저항율도 증가. 표 2.1 저항율 r [W·m] T = 20[oC] 도체명 r 절연체명 은(Ag) 1.62×10-8 게르마늄(Ge) 0.46 동(Cu) 1.69×10-8 실리콘(Si) 640 알루미늄(Al) 2.62×10-8 탄소(C) 3.5×105 몰리브텐(Mo) 4.77×10-8 유리 아연(Zn) 6.1×10-8 단단한 고무 1×1013 니켈(Ni) 6.9×10-8 유황 1×1015 철(Fe) 10×10-8 석영 75×1016 백금(Pt) 10.5×10-8 납(Pb) 22×10-8 니크롬(Ni+Cr) 150×10-8

29 2.2 도체의 컨덕턴스 1 r 1 R V R 1 r ► 도전율(conductivity) s 는 저항율의 역수로 정의 함
[S/m] 단위 [S] ; “지멘스” ► 컨덕턴스 (conductance) G 는 저항의 역수로 정의 함 컨덕턴스 G = R 1 [υ] 단위 [υ] ; “mho” ☞ 전류 I = R V = GV [A] G가 클수록 회로에 전류가 흐르기 쉽다는 것을 의미하며 G의 단위는 [υ] 혹은 [S] 를 사용한다. 예) 동의 저항율 r = 1.69 × 10-8 [W·m] 이다. 동의 도전율은 ? 도전율 s = r 1 [S/m] = 5.9 × 107 [S/m]

30 2.3 물질의 온도계수 a ► 도체 : 온도가 증가하면 저항 증가 ► 반도체 : 온도가 증가하면 저항 감소
► 도체 : 온도가 증가하면 저항 증가 ► 반도체 : 온도가 증가하면 저항 감소 저항의 온도 계수는 온도 20o C 일때의 저항을 기준으로 하여, 온도에 대한 저항 값을 표시한다. 온도가 20[oC]의 저항을 R20 으로 두면, 온도 T 일때의 저항 을 RT 라면, RT = R20 + a20 R20 (T – 20) = R20 { 1 + a20 (T – 20) }, a20 는 온도계수 표 2.2 금속도체의 저항률과 온도계수. 도체명 % 도전률 s 온도계수 은(Ag) 104.2 0.0038 동(Cu) 100 알루미늄(Al) 64.5 0.0039 몰리브텐(Mo) 35.5 0.0033 아연(Zn) 27.7 0.0037 니켈(Ni) 24.5 0.006 철(Fe) 16.9 0.005 백금(Pt) 16.0 0.003

31 l S 예제2.4) 동의 저항율은 20[oC] 에서 1.69×10-8 [W·m] 이다. 30[oC] 에서
단면의 지름이 1[mm2] 길이 100 [m] 인 동선의 저항은 ? 표 2.1 에서 온도 20o C 일때 구리의 도전율은 5.8 × 107 [S/m] 길이 100[m], 단면적 1 [mm2] 이므로 l = 100[m], S = pr2 = 3.14 ×(10-3 / 2)2 [m2] 온도 20[oC] 일때 저항 R20 = r = 1.69×10-8 × 1.27 × 108 = 2.15 [W] S l RT = R20 { 1 + a20 (T – 20) } 공식에서 온도 T = 30[oC] 일때 R30 = 2.15× ( ×10 ) [W] = 2.23 [W] 구리의 온도계수 a20 =

32 2.4 저항의 형태 ► 고정저항과 가변저항 [고정저항] [가변저항]

33 2.5 색저항 제1 색띠 제2 색띠 제3 색띠 제4 색띠 표 2.2 저항의 색띠 코드 흑 색 black 1 + 2% 갈 색
색 별 영문명 제1색 띠 제2색 띠 제3색 띠 제4색 띠 흑 색 black 1 + 2% 갈 색 brown 10 적 색 red 2 10^2 등 색 orange 3 1 K 황 색 yellow 4 10 K 녹 색 green 5 100 K 청 색 blue 6 1 M 자 색 violet 7 10 M 회 색 gray 8 100 M 백 색 white 9 1 G 금 색 gold 0.1 + 5% 은 색 silver 0.01 + 10% 무 색 no color + 20% 제1 색띠 제2 색띠 제3 색띠 제4 색띠

34 예제2.5) 회로에 시용되는 저항의 색이 다음과 같을 때 저항과 공차(%)는 ?
제1색 띠 제2색 띠 제3색 띠 제4색 띠 적 색 황 색 등 색 무 색 표 2.2 저항의 색띠 코드 색 별 영문명 제1색 띠 제2색 띠 제3색 띠 제4색 띠 흑 색 black 1 + 2% 갈 색 brown 10 적 색 red 2 10^2 등 색 orange 3 1 K 황 색 yellow 4 10 K 녹 색 green 5 100 K 청 색 blue 6 1 M 자 색 violet 7 10 M 회 색 gray 8 100 M 백 색 white 9 1 G 무 색 no color + 20% R = 24 ×103 [W] , + 20%

35 예제2.5) 회로에 시용되는 저항의 색이 다음과 같을 때 저항과 공차(%)는 ?
제1색 띠 제2색 띠 제3색 띠 제4색 띠 백 색 자 색 갈 색 금 색 표 2.2 저항의 색띠 코드 색 별 영문명 제1색 띠 제2색 띠 제3색 띠 제4색 띠 흑 색 black 1 + 2% 갈 색 brown 10 적 색 red 2 10^2 등 색 orange 3 1 K 황 색 yellow 4 10 K 녹 색 green 5 100 K 청 색 blue 6 1 M 자 색 violet 7 10 M 회 색 gray 8 100 M 백 색 white 9 1 G 무 색 no color + 20% R = 970 [W] , + 5%

36 2.7 바이메탈(bimetal) (1) 바이메탈의 동작원리 ►바이메탈은 열팽창계수가 높은 금속과 낮은 금속을 합쳐서 제작
►열에너지를 기계적 에너지로 전환하는 방식으로 ►-50 [oC] ~ 500 [oC] 의 넓은 온도영역에서 자동온도조절이 가능 (전기다리미, 전기스토브 등) (1) 바이메탈의 동작원리 열팽창계수가 다른 두 금속을 합쳐 놓으면, 온도가 증가하면 열팽창계수가 낮은 쪽으로 휘어진다. 이 특성을 자동 온도조절 방식에 응용함.

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38 1. 속동식 자동온도 조절기 바이메탈 ►회로에 전류가 흐르면 바이메탈의 온도가 상승하기 시작한다.
►일정온도에 도달하면 바이메탈이 열팽창으로 휘어지기 시작하며, 이때 압축된 스프링의 팽창으로 인해 회로가 빠르게 단락된다. ►온도가 내려가면, 바이메탈은 원래의 위치로 회귀하며, 이때 팽창된 스프링의 압축으로 인해 회로가 연결된다.

39 ( magnetic type of thermostat)
2. 자성체를 이용하는 자동온도 조절기 ( magnetic type of thermostat) ► 강자성체의 물성을 응용하는 자동온도 조절방법이다. · 온도가 상승하면, 자성을 상실하며, · 큐리 점(Curie point)이 되면 자성을 완전히 상실한다. · 아래 그림은 강자성체인 페라이트를 사용한 자동온도조절방법이다. ① 온도조절대상물에 페라이트를 부착한다. ② 대상물은 영구자석을 통해 회로와 접하도록 한다. ③ 온도가 오르면 페라이트가 자성을 잃어 영구자석과 분리된다 ④ 대상물은 온도가 낮아지고 페라이트는 다시 자성을 회복되어 접점하게 된다. 온도 조절 대상물 페라이트 영구자석 접점 ► 페라이트 ·일반식 MO·Fe O 로 표시되어 소결(燒結)로 만들어지는 자성재료의 총칭. 여기서 M은 2가의 금속으로서 망간·니켈·아연 등이다. ·다양한 자기(磁氣)특성을 보이고 값이 싸서 마그넷과 자기테이프 등에 대량으로 쓰인다. ·큐리 점은 약 770 oC 임

40 ① 상자성체 ( 常磁性體 paramagnetic material) ; 자화시키면, 다른 극이 유도되는 물질 예) 백금(Pt), 알루미늄(Al)
② 반자성체 ( 反磁性體; diamagnetic material) ; 자화시키면, 같은 극이 유도되는 물질 예) 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 인(P) ③ 강자성체 ( 强磁性體; ferromagnetic material) ; 자화된 뒤에 자석을 멀리 떠어뜨려도 자성이 지속되는 물질 예) 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn) N S 상자성체 N S 반자성체

41 2.8 서미스터 (thermistors 혹은 thermally sensitive resistor))
►온도 변화에 대한 저항 변화가 커서 전열제품의 온도 감지용 센서로 사용 ►온도센서 역할만 수행하기 때문에 온도 조절 제어 회로가 추가로 필요함 (바이메탈은 온도센서와 조절부의 기능을 동시에 수행하는 기계식) ►전기요,전기장판 등과 같은 전자식 온도제어 장치에 사용 ►1500[oC] 고온에서 소성하여 만든 세라믹형 반도체 ►성분은, Ni, Mn,Fe,Ti,Co 등의 산화물을 조합하여 구성 p 형 반도체; 4족인 Ge 혹은 Si에 3족원소를 첨가한 것 유리관 반도체 백금선 n 형 반도체; 4족인 Ge 혹은 Si에 5족원소를 첨가한 것 n-type p-type ► 기본적인 방법은 n형과 p형 반도체를 접합하는 "n-p 접합 다이오드"라고 한다. ► 반도체는 온도가 증가하면 저항이 감소해서 전류가 증가한다.

42 <서미스터와 바이메탈의 조합 예>
전원 12V 220V R1 R2 S 바이메탈 서미스터 <서미스터와 바이메탈의 조합 예> ►온도가 올라가면 서미스터의 저항 R1이 감소해서 R2 에 흐르는 전류 증가 ►R2 에 온도가 상승하게 되면 바이메탈이 열원 off ►다시 R2 온도가 감소하여 바이메탈이 열원 on

43 [1] NTC 서미스트 (NTC: Negative Temperature Coefficient)
►온도가 올라가면 저항이 감소하는 센서로 저항이 수 W ~ 수 MW ►전자회로의 온도보상, 온도측정, 제어 등에 응 ►전자체온계, 냉각기, 자동차 냉각수 온도검출 등에 활용 ►센서의 형태는, 비드형, 프로브형, 디스크형 등이 있음. [2] PTC 서미스트 (PTC: Positive Temperature Coefficient) ►온도가 올라가면 저항이 증가하는 센서로 ►온도가 증가하면 줄열이 발생하고, 일정온도(T2) 까지 상승하면 저항이 급격히 증가하여 전류가 감소하여 온도 (T1) 까지 냉각된다. ►자체온도검출과 함께 온도조절도 수행한다. [3] CTR 서미스트 (CTR: Critical Temperature Resistor) ►PTC보다 저항 특성이 급격함 ►정온가열장치, 온도경보 장치 등에 사용

44 3장 직렬 회로의 해석 3.1 직렬 회로의 개요 3.2 직렬 회로 3.3 직렬 전압원 3.4 키르히호프의 전압법칙 3.5 직렬소자의 상호변환 3.6 전압분배법칙 3.7 전압원의 내부저항 3.8 전압변동률 3.9 전류계의 부하 효과

45 3.1 직렬 회로의 개요 3.2 직렬 회로 n n n ► 직류 회로에서는 전류의 방향과 크기가 일정하다. V I
3.1 직렬 회로의 개요 직렬 회로 ► 직류 회로에서는 전류의 방향과 크기가 일정하다. R1 R2 R3 Rn V + - I V1 V2 V3 Vn n RT = R1 + R2 + R3 + ······ + Rn = S Ri i=1 ► 직렬회로에서 전체저항 RT 는; ► 전류 I 는 ► 각 저항에 걸리는 전압은; V1 = I R1 , V2 = I R2 , V3 = I R3 , ······ , Vn = I Rn ► 각 저항서 소모하는 전력; n V = V1 + V2 + V3 + ······ + Vn = S Vi i=1 P = P1 + P2 + P3 + ······ + Pn = S Pi = IV i=1 n

46 3 RT = R1 + R2 + R3 = V I = = 40 V / 20 W = 2 A S Ri i=1
► 각 저항에 걸리는 전압은; ► 각 저항서 소모하는 전력; ∴► 소모하는 전체전력 PT =

47 3.3 직렬 전압원 ET ET = 10 V + 6 V + 2V = 18 V ET = -4 V + 9 V + 3V = 8 V

48 3.4 키르히호프의 전압법칙 전압법칙; 폐회로에서 전압은 폐회로의 저항에서 완전히 소모되어야 한다.
다른 표현1.; 폐회로에서 전압의 합과 저항에서 전압강하의 합은 같다. 다른 표현2.; 폐회로에서 전압과 전압강하의 총합은 “0”이다. 3.0 W 4.0 W 2.0 W 전압법칙에 의해, V1 + V2 + V3 = 18 [V] V1 V2 V3  전체저항 R = 9 W, 전류 I = 2 [A] V1 = I R1 = 2 [A] × 3.0 [W] = 6 V V2 = I R2 = 2 [A] × 4.0 [W] = 8 V 18 V V3 = I R3 = 2 [A] × 2.0 [W] = 4 V

49 + - 9 V 3 V 3.0 W 2.0 W 1.0 W + - 12 V 3.0 W 2.0 W 1.0 W + - 9 V 3 V 3.0 W 2.0 W 1.0 W 6 V 3.0 W 2.0 W 1.0 W + -

50 3.5 직렬소자의 상호변환 직렬 회로 소자는 각각의 소자가 총저항, 전류, 전력에 미치는 영향 없이 도 상호 변환이 가능 함.
+ - 105 V 5 W 20 W 10 W + - 4 W 7 W 50 V 12.5 V 37.5 V

51 = 3.6 전압분배법칙 3.7 전압원의 내부저항 전기설비에 사용하는
► 발전기, 축전기 등의 모든 전압원에는 내부 저항이 있어서, ► 무부하 또는 전부하 상태에서 출력 전압을 가진다. VNL = E Ri E ► 출력전압 E, 내부저항 Ri 인 전압원 Ri E 부하 = RL IL VL ◎키르히호프의 전압법칙을 적용하면, E = ILRi + ILRL= ILRi + VL  VL = ILRL ► 출력전압 E, 내부저항 Ri 인 전압원에 저항 RL 인 부하에 연결

52 ③ 내부저항에서 소모하는 전력 Pi 를 구하시오.
예제 3.7) 출력전압 30 V, 내부 저항 2 W 인 축전지에 저항 13 W인 부하가 인가되면, ① 전류 IL ② 단자전압 VL ③ 내부저항에서 소모하는 전력 Pi 를 구하시오. Ri E 13 W IL VL ① 전류 IL Ri + RL E IL = 15 W 30 V = = 2 A ② 단자전압 VL VL = ILRL = 2 A · 13 W = 26 V ③ 내부저항에서 소모하는 전력 Pi 를 구하시오. Vi = ILRi = 2 A · 2 W = 4 V ∴ Pi = Vi · Ii = 8 W

53 3.8 전압변동률 전기설비에 사용하는 이상전원은 부하에 관계없이 출력단자 전압은 일정하다. ► 무부하일때의 입력전압과 전부하에서 출력단자전압의 차이의 척도 Ri E IFL VFL Z1 Z2 Z3 ► 전부하일때 출력단자 전압은 VFL VNL = E Ri E ► 무부하일때 입력전압은 VNL VFL VNL - VFL 전압변동률 x = × 100 % = × 100 % RFL Ri ►내부 저항이 작아지면, 전압변동율이 더욱 작아지므로, 출력이 더욱 이상적이 된다.

54 전압변동률 x = = 3.9 전류계의 부하 효과 예제 3.8) 무부하 상태에서 전압이 224 V, 전부하 상태에서
► 전류계는 회로에 직렬로 연결하기 때문에 ► 전류계의 내부저항은 회로의 소자의 저항보다 무시할 수 있도록 작아야 한다. I R Rm

55 - - 4.1 병렬소자 4.2 병렬저항 I + + ► 병렬회로에서 전류는 갈라진다
V R1 + - R2 R3 I2 I1 I3 + - ► 병렬회로에서 전류는 갈라진다 → 전류분배법칙 I = I1 + I2 + I3 ► 동일한 병렬회로에는 같은 크기의 전압이 인가된다. → V = I1 R1 = I2 R2 = I3 R3

56 - - 4.2 병렬저항 I I 1 + + R2 R3 1  = + + R2 R3 Req + V + V
→ I1 = V / R1 , I2 = V / R2 , I3 = V / R3 I = I1 + I2 + I3 , V = I1 R1 = I2 R2 = I3 R3 ∴ I1 + I2 + I3 = V ( ) = I R1 1 R2 R3  = Req 1 R1 R2 R3 , V = I Req ∴ 저항 N 개를 병렬로 연결하면, 등가저항 Req 는;

57 4.2 병렬저항 1 R 혹은 컨덕턴스 G 를 사용해서 표기하면, 컨덕턴스 G = [υ] 단위 [υ] ; “mho”
I1 = V / R1 , I2 = V / R2 , I3 = V / R3 의 관계식에서 I1 = G1 V , I2 = G2 V , I3 = G3 V I = I1 + I2 + I3 ,= ( G1 + G2 + G3 ) V = G V GT = G1 + G2 + G3 = ∴ 저항 N 개를 병렬로 연결하면, GT = G1 + G2 + ······ + GN G1 G2 GN 컨덕턴스 회로 R1 R2 RN 저항 회로

58 4.3 병렬회로망 ►병렬로 연결하면 병렬회로의 저항값은 작아지고 ►소모하는 전력은 증가한다
예제) 아래 용기에 각각 같은 양의 물을 채우고 여기에 동일한 자항체를 사용해서 아래와 같이 연결하여 물을 데우려고 한다. 물이 가장 빨리 데워지는 곳은 ? ( 단 각각의 저항 값은 모두 같다. ) V 가 나 다 라 직렬연결이므로 모든 곳에 똑같은 전류가 흐른다. 따라서 전력 P= I2R 공식으로 부터

59 예제) 아래 용기에 각각 같은 양의 물을 채우고 여기에 동일한 자항체를 사용해서 아래와 같이 연결하여 물을 데우려고 한다.
물이 가장 빨리 데워지는 곳은 ? ( 단 각각의 저항 값은 모두 같다. ) V 가 나 다 라 (라)의 전력소모는 (가)의 몇배인가 ?

60 예제) 아래 회로에서 소모하는 전력은 얼마인가 ? 퓨즈의 최소 용량은 몇 [A] 인가 ? 병렬이므로 모든 회로에 100V가 인가된다 2) 병렬이므로 모든 회로에 100V가 인가된다 전체 전류는 A 이므로 퓨즈의 최소 용량은 3.67 A보다 커야 한다.

61 1) S2 만 닫은 경우의 전구의 전력소모는 얼마인가 ? 2) S1 , S2 만 닫은 경우의 전구의 전력소모는 얼마인가 ?
예제) 1) S2 만 닫은 경우의 전구의 전력소모는 얼마인가 ? 2) S1 , S2 만 닫은 경우의 전구의 전력소모는 얼마인가 ? 100 V S1 S2 S3 100V-100W 200 W

62 1) S2 만 닫은 경우의 전구의 전력소모는 얼마인가 ?
100V-100W S1 200 W S2 S3 200 W 100 V S2 만 닫으면, 저항이 S3 는 열려있으므로,  전구에서 소모하는

63 S1 , S2 닫으면, 모든 전류는 응용문제) 2) S1 , S2 만 닫은 경우의 전구의 전력소모는 얼마인가 ?
100V-100W 100V-100W 200 W S1 S2 S3 200 W 100 V S1 , S2 닫으면, 모든 전류는 S3 는 열려있으므로,  전구에서 소모하는

64  Q = Q1 + Q2 = C1 V + C2V = (C1 + C2) V = C V
4.6 병렬 전압원 전압원인 축전기의 병렬연결에 관해 보면, V C1 C2 Q1 Q2 병렬연결이므로, 각 축전기에 걸리는 전압은 같다. Q1 = C1 V, Q2 = C2 V 전기용량을 각각 C1, C2 라 하면,  전체 축적되는 전하를 Q라 하면,  Q = Q1 + Q2 = C1 V + C2V = (C1 + C2) V = C V  C = C 1 + C2 C V Q  콘덴서의 병렬연결에서, 등가정전용량은 병렬연결 되어 있는 각각의 콘덴서의 전기용량을 더해주면 된다. ► 전위차는 V로 일정하다.

65 4.6 병렬 전압원 병렬 전압원 : 한 개의 시스템에서 전압원이 두개 이상으로 구성되어 있는 경우 Is= I1 + I2
12 V I1 I2 Is Is 12 V

66 4.7 전압계의 부하 효과 전압계는 회로에 병렬로 연결하므로 전압계의 내부 저항은 반드시 커야 한다 대개의 경우 10 [MW] 이상임. 예제) 내부 저항이 11 MW 인 전압계로 10 KW 인 저항의 인가전압을 측정하려 한다. 병렬회로의 합성저항은 10 KW ► 측정하는 회로의 저항인 10 KW 보다 1 % 작다. 그러나 저항값의 공차 범위내에 있어서 측정값이 정밀하다. 예제) 내부 저항이 50 KW 인 전압계로 10 KW 인 저항의 인가전압을 측정하려 한다. R1+ R2 R1 R2 R = 60 × 103 104 × 5 × 104 = W = 8.33 KW ► 측정하는 회로의 저항인 10 KW 과 16 % 이상 차이가 나서 측정값은 정밀도는 대단히 낮아진다.