전기전자공학 담당교수 : 도 영 수 H.P. : 016-507-0873 E-mail : anycolor@yumail.ac.kr 교재 : 방사선사가 알아야 할 전기 전자의 기초(대학서림) 담당교수 : 도 영 수 H.P. : 016-507-0873 E-mail : anycolor@yumail.ac.kr.

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1 전기전자공학 담당교수 : 도 영 수 H.P. : 016-507-0873 E-mail : anycolor@yumail.ac.kr
교재 : 방사선사가 알아야 할 전기 전자의 기초(대학서림) 담당교수 : 도 영 수 H.P. :

2 그리스 문자

3 SI 접두어 Exa 1018 Atto 10-18 Peta 1015 Femto 10-15 Tera 1012 Pico 10-12
Giga Nano 10-9 Mega Micro 10-6 Kilo Milli 10-3 Hecto Centi 10-2 Deca Deci 10-1

4 SI(System International) Unit ; MKS
1. 길이 meter (m) 2. 질량 kilogram (kg) 3. 시간 second (s) 4. 전류 amphere (A) 5. 진동수 hertz (Hz) 6. 밀도 density(kg·m-3) 7. 속도 velocity (m·s-1) 8. 가속도 acceleration(m·s-2) 9. 힘 newton (N, kg· m·s-2) 10. 압력 pascal (Pa, N · m2) 11. 일, 에너지, 열량 joule (J, N · m) 12. 일률 watt (W, J ·s-1) 13. 전기량 coulomb (C, A ·s) 14. 전위차 volt (V) 15. 전기장 (V· m-1) 16. 전기저항 ohm (, V ·A-1) 17. 인덕턴스 henry (H)

5 Chapter 1. 직류회로 1.1 전기 1.2 전류, 전압, 저항 1.3 전기회로 1.1 전기  전기의 본질 이해
 전류, 전압, 저항의 정의  옴의 법칙  전압 강하 이해  직류회로의 전압값, 전류값, 저항값 계산 1.1 전기  Kirchhoff의 법칙 이해  전류, 전압, 저항 측정방법

6 Electricity Historical Advancement
이름 연도 역할 단위 Thales BC 600 호박(electron)을 양모에 마찰 W.Gilbert 전기와 자기의 체계적 연구 지구가 거대한 자석임을 확인 길버트(Gb) Leyden 1746 정전기 축적 라이덴 병 B.Franklin 피뢰침, 전하보전 법칙 C.Coulomb 전기력과 자기력 측정 쿨롬(C) K.Gauss 발산정리 가우스(G) A.Volta 볼타전지 발명 볼트(V) H.Oersted 전기가 자기를 생성함을 발견 에르스테드(Oe) A.Ampere 솔레노이드 발명 암페어(A)

7 이름 연도 역할 단위 J.Henry 1797-1878 G.Ohm 1787-1854 1791-1867 J.Joule
전자유도, 기전력 실험 헨리(H) G.Ohm 오옴의 법칙 오옴(Ω) M.Faraday 자기가 전기를 생성함을 발견 전자유도법칙 패러드(F) J.Joule 열은 전류의 제곱에 비례 줄(J) J.Maxwell 전자기학의 이론 정립 전자파 기본 방정식 맥스웰(Mx) H.Hertz 전자파 실험적 확인 헤르쯔(Hz) G.Marconi 라디오를 실용화(무선전신) T.Edison 백열전구, 처음으로 발전소 건립 N.Tesla 교류전력, 유도전동기 발명 테슬라(T) A.Einstein 상대성이론, Maxwell방정식 보편화

8 전자의 성질 전자는 일정한 크기의 질량과 전하량을 가지고 있는 매우 작은 입자.
전자가 띄고 있는 전기량을 일반적으로 e 또는 q로 표시한다. 1909년 Milli Kan에 의해 전자는 일정한 최소단위의 음(-)의 전하, 즉 –e를 가진 소립자임이 밝혀졌다. 전자의 전하량 e = (1.6023± )  10-19[Coulomb] Thomson에 의해 비전하의 값을 측정하여 전자의 질량을 측정하였다. 전자의 비전하 e/m0 = (1.7592±0.0005)  1011[Coulomb/Kg] 전자의 질량 m0 = (9.1066±0.0032)  10-31[Kg] ; 수소원자질량의 1/1836

9 Electron Volt 전위와 전계 1[V]의 전위차가 되는 곳을 전자가 이동해서 얻은 에너지를 1[eV]의 에너지라 한다.
=  [J] 전하량  전위차 = Joule Coulomb  볼트 = Joule 전위와 전계 점 x0를 기준으로 하였을 때 임의의 점 x의 전위(electric potential ; V(x)) : 기준점 x까지 단위 양(+)전하를 옮길 때 전계가 작용하는 힘의 반대로 작용하는 외력이 해야 할 일

10 원자 (Atom) 양성자 (Proton) 더 이상 쪼갤수 없는 물질의 가장 작은 알갱이 종류에 따라 질량과 크기가 다름
변하거나 없어지거나 새로 생겨나지 않음 원자반경 : 10-8 cm 핵의반경 : cm 양성자(proton) 중성자 (Neutron) 전자 (Electron) 원자핵 (atomic nucleus) + 양성자 (Proton) 양성자 수가 원소의 종류를 결정 원자의 화학적 성질을 결정 양성자 수 = 원자번호 [Z] 양전하[+1]를 가짐 질량 : 1.0amu ( x10-24g) Atom : 화학반응에 관여할 수 있는 원소의 가장 작은 입자 Element : 한 종류의 원자로만 되어 있는 물질 Molecule : 순수물질의 조성과 화학적 성질을 가지고 있는 가장 작은 입자

11 중성자 (Neutron) 전자 (Electron)
같은 원자라도 중성자 수 가 다를 수 있다. 질량수 = 양성자 +중성자 수 전하가 없다 질량 : 1.0amu ( x10-24g) 전자 (Electron) 양성자 수 = 전자의 수(전기적 중성) 질량 = 양성자 질량의 1/1837, amu (0.0009x10-24g ) 음전하[-1]를 가짐 원자의 대부분의 공간을 차지

12 X H H H 수소 중수소 삼중수소  원자번호 (atomic number, Z) : 양성자 수
 질량수 (mass number, A) : 양성자 수 +중성자 수 = 원자번호 + 중성자수  동위원소 (isotope) : 원자번호는 같지만 질량수가 다른 원자 A X M Z N 1 H 2 H 3 H 1 1 1 수소 중수소 삼중수소

13 원자의 구조

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15 제 1 장 원자의 구조 1.1. 원자핵의 발견과 원자 모형 1.2. 빛의 이중성과 전자의 파동성
제 1 장 원자의 구조 1.1. 원자핵의 발견과 원자 모형 1.2. 빛의 이중성과 전자의 파동성 1.3. SchrÖdinger파동방정식과 원자구조 1.4. 양자수와 원자내 전자배열 1.5. 분자와 화학결합

16  고대 그리스시대의 원소설 물 액체 흙 고체 공기 기체 불 ? 플라즈마

17 "모든 기체는 각기 고유한 작은 입자들로 되어 있어서 이 입자의 크기에 따라 물에 대한 용해도가 달라지는 것"
 Dalton의 원자론 기체의 여러 가지 성질을 연구하던 중, 여러 가지 기체의 물에 대한 용해도를 설명하기 위해서 각종 기체들이 무수한 입자들로 이루어져 있을 것이라는 생각 "모든 기체는 각기 고유한 작은 입자들로 되어 있어서 이 입자의 크기에 따라 물에 대한 용해도가 달라지는 것" 돌턴 원자설 탄생 돌턴은 원자설 모든 원소의 원자는 공과 같이 둥근 모양이라고 상상 이것들의 모형을 만들어 화합물의 구조를 원자 개념으로 모형적으로 표시 옛날 그리스의 철학자들의 원자설과 거의 비슷하지만, 원자의 질량을 특히 강조한 것은 돌턴의 학설의 특이한 장점

18 < 1. 1 > 원자핵의 발견과 원자의 모형
< 1. 1 > 원자핵의 발견과 원자의 모형 [1] 원자핵의 발견 @ Thomson의 원자 모형 전하가 수박씨 모양으로 분포하여 원운동

19 @ 1911 Rutherford의  산란 실험 원자의 중심에 로 대전된 입자가 존재 : 원자핵(nuclear)
※ 라드포드 - 나라오까 원자 모형 :  전하를 가진 전자는 전하를 가진 원자핵 중심으로 원운동 -q +q  

20 Rutherford의  산란 실험의 측정

21 [2] Rutherford 원자모형

22 • 1913 N.Bohr : Plank의 작용양자 개념을 도입한 2가지 가설
작용양자 [作用量子] : 플랑크에 의해서 정립 양자 이론에서 작용량의 최소 단위라고 생각하는 양. 플랑크의 정수[h]와 같다. 에너지의 최소한의 단위 프랑크 상수 6.63×10-34Js

23 ⑮ 정상상태에서는 energy(전자파)를 복사하지도 흡수하지도 않는다.
(1) 양자화 조건(quantum condition) : 전자는 어떤 특정한 조건을 만족하는 운동상태(궤도)만 존재한다 정상상태 : 각운동량 ⑮ 정상상태에서는 energy(전자파)를 복사하지도 흡수하지도 않는다.

24 h = Em – En (2) 주파수 조건(frequency condition) :
그 energy차를 전자파의 형태로 방출 혹은 흡수한다. h = Em – En 16 광에너지의 흡수 및 방출

25 1/ λ = b/ hc (1/nl2 – 1/nh2) Lymann 계열: nl = 1 Balmer 계열: nl = 2
Paschen 계열: nl = 3 수소 원자의 에너지 준위

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27 궤도함수의 에너지 준위 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 5s 5p 5d 5f

28 궤도함수의 에너지 상태 En En 주양자수의 에너지 분포 : En ∝ - 1/n2 수소원자의 전자가 둘 이상인 원자의
4s p d f 3s p d En 2s p 1s 4d 5s 4p 3d 4s 3p 3s 2p 2s 1s En 수소원자의 전자가 둘 이상인 원자의 궤도함수 에너지 궤도함수 에너지

29 궤도함수의 모양

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32 periodic law 원자들을 원자번호 순으로 나열하면서 물리적, 화학적 성질이 비슷한 원소들이
같은 세로줄에 오게 만들어 놓은 원소의 분류표 주기(period)=가로줄 : 원자의 껍질 수 같음(1~7) 족(group or family)으로 구성 : 화학적 성질이 비슷(1~18) 원자번호 1 (H)~92(U) : 자연계에 존재 원자번호 93(Np)이후 ~ : 핵반응으로 만들어진 인공원소(7주기) 104번은 Rf, 105번 Db, 106번 Sg, 107번은 Bh, 108번은 Mt(, 9족) 110번 Uun, 111번 Uuu, 112번 Uub 113 Uut - 만들어지지 않음, 114 Uuq - 만들어짐 115 Uup - 만들어지지 않음, 116 Uuh - 만들어지지 않음 117 Uus - 만들어지지 않음, 118 Uuo - 만들어지지 않음 미발견, 발견

33 periodic law 인공적으로 처음 만들어진 원소 다이아몬드보다 강한 유일한 원소 공기 중에서 산화(석유에 넣어 보관)

34 일반 물질 : 전기적 중성 대전(electrification) : 전자가 이동 함으로써 전자를 잃은 물체는 양(+) 전하로 전자를 얻은 물체는 음(-) 전하로 대전됨 어떤 물질이 양(+) 전하나 음(-) 전하를 띠는 현상 정전기 (static electricity) : 물체의 마찰에 의해 발생한 전기 대전된 전하가 절연체 위에서 이동하지 않고 정지하고 있는 것 대전체에 작용하는 힘 - 인력 : 다른 종류의 전하를 띤 대전체 사이에 작용하는 힘 - 척력 : 같은 종류의 전하를 띤 대전체 사이에 작용하는 힘

35 전하 (electric charge)와 전하량
전하량=전기량 (quantity of electricity) - 전하가 가지고 있는 전기의 양 coulomb [C] - e- : ×10-19[C]의 음의 전기량을 가지므로, - 1[C] : 0.624×1019 개의 전자의 과부족으로 생기는 전하의 전기량 전자 0.624×1019 개가 자기고 있는 전하량 1A의 전류가 1초간 흐른 전하량 전하량(Q) = 전류의 세기(I) × 시간(t)

36 전류 (electric current) 전하를 가진 입자의 흐름, 도선을 따라 이동하는 전하의 흐름
(+) 전하를 가진 A와 (-) 전하를 가진 B를 금속선 C로 연결 → 두 전하 사이의 흡인력으로 (-)전하는 (+) 전하에 끌리어 C를 통하여 이동 후 중화 전류 : 1초 동안 얼마만한 양의 전하가 도선을 따라 이동하였는가 1 A : 1초 동안에 1 C(6.25 1018개의) 전자가 이동 할 때의 전류의 세기 1 C : 1A의 전류가 1초 동안에 흘러간 전하량

37 전기전도도와 비저항 전류밀도는 전기장에 비례한다. 그 비례상수 전기전도도의 역수를 비저항이라 한다.
단위면적당 흐르는 전류를 전류밀도 전류밀도는 전기장에 비례한다. 그 비례상수 전기전도도의 역수를 비저항이라 한다.

38 전압 (voltage) 물 : 높은 곳 → 낮은 곳 (수위 차)
(+)전하와 (-)전하를 도체로 연결 : A → B로 전류가 흐름 수위 = 전위(electric potential) 전류 : 전위가 높은 A에서 전위가 낮은 B 쪽으로 흐름 A와 B의 전위의 차를 전위차(electric potential difference), or 전압(voltage) ∴ 전류는 전위차에 의하여 전위가 높은 쪽 → 낮은 쪽으로 흐름. 도체에 Q[C]의 전기량이 이동하여 W[J]의 일을 했다면,전위차 기전력 (electromotive force, emf) : 전위차(전압)를 만들어 주는 힘. 기전력의 크기 : 기전력에 의하여 만들어지는 전위차 = 전압으로 표시 전위, 전위차, 기전력, 전압의 단위 : volt, [V] 수류와 수위차 높 은 수 위 낮 차 수로 양수펌프 전류와 전위차 전류 낮은전위 높은전위 <B> <A>

39 • 전위차 : 두 점 사이에 전기량을 이동시키는데 필요한 일량
• 1 [V] : 1[C]의 전하가 두 점간을 이동해서 1 [J]의 일을 하는 전위차 • Q [C]의 전하가 이동해서 W [J]의 일을 한다면 전위차 [V]? • 1 [eV] : 전위차가 1 V인 두 점 사이에서 하나의 전자를 옮기는데 필요한 일의 양 E : 힘에 대한 벡터, V : 일, 스칼라 전기장 내에서 (+)전하를 옮기는데 필요한 일의 양 전위차(전압) : 두 점 사이의 전위의 차이 W[N.m]:쿨롱의 힘과 반대로 운동하는 일 -> 전위 V 전위 : E=0의 점을 기준으로 변화하는 일의 양 = 1C 전하를 무한 원점에서 임의의 점 x까지 가져오는데 필요한 일 힘의 방향이 전계의 방향과 반대

40 저항 (Resistance) • 1 Ω : 1 [V]의 전압을 가해서 1 [A]의 전류가 흐르는 도체의 저항
• 전류의 흐름을 방해하는 성질(전기저항) • 전자간이나, 원자간 충돌로 발생, 전기 에너지를 열에너지로 변화 • 1 Ω : 1 [V]의 전압을 가해서 1 [A]의 전류가 흐르는 도체의 저항 • 기호 : R, 단위 : ohm [Ω] 저항 [Ω] = 저항률 [Ω ·m] × 길이 [m] 단면적 [m2] R(저항)  S(면적) L(길이)  저항률(resistivity) = 고유저항(specific resistance) • 단면적 1 [m2], 길이 1 [m]의 임의의 도체 양면 사이의 저항 값 • 기호 : ρ, 단위 : [Ω ·m], [μΩ ·cm] 1[Ω ·cm]= 1/100 [Ω ·m] = [Ω ·mm2/m]

41 Conductance • 저항 값의 역수, 전기가 통하기 쉬운 정도를 나타냄 G = R 1
• 도전율(conductivity) : 단면적 1 [m2], 길이 1 [m]의 임의의 도체의 컨덕턴스 σ = ρ 1 • 단위 : mho [Ω] [ /m] = Ω [ /cm] Ω % 도전율 = 순동의 도전율 임의 물질의 도전율 ×100 [%]

42 Temperature Coefficient of Resistance
• 기울기 : • α0 (temperature coefficient) : 저항 R1에 대한 1 °C 마다 저항의 증가 정도 • 0°C에서 물체의 저항을 R0 , t °C에서 저항을 R1 이라 하면 •순동 : α0 = [1/ °C] 234.5 1

43 전원 (power source)과 부하(load)
• 전기회로 (electric circuit) : 전기가 흐르는 길 • 절연저항 (insulation resistance) : 절연체 저항 • 누설전류 (leakage current) : 절연물을 통해 흐르는 전류

44 옴의 법칙(Ohm’s Law) • 도체에 흐르는 전류의 크기는 전압에 비례하고 저항에 반비례 V = IR V I = R V

45 • 각 저항에 동일한 크기의 전류가 흐르게 되며 합성 저항 값이 커지게 된다.
1-3. 전기회로 1) 저항의 직렬 연결 R0 R1 R2 R3 I V1 V2 V3 V V (a) 직렬회로 (b) 등가회로 I = I1 = I2 = I3 V = IR0 V1 = IR1 V2 = IR2 V3 = IR3 V = V1 + V2 + V3 R0 = R1+R2+R3 V = IR1 + IR2 + IR3 = I(R1 + R2 + R3) • 각 저항에 동일한 크기의 전류가 흐르게 되며 합성 저항 값이 커지게 된다.

46 2) 저항의 병렬 연결 V = V1 = V2 = V3 V = IR0 R1 V R2 V R3 V R0 V I1 = I2 =
(a) 병렬회로 (b) 등가회로 V = V1 = V2 = V3 V = IR0 R1 V R2 V R3 V R0 V I1 = I2 = I3 = I = R1 V R2 V R3 V R1 1 R2 1 R3 1 R0 1 R1 1 R2 1 R3 1 I = + + = + + V = + +

47 3) 저항의 직·병렬 연결 R2 R3 R2 R3 R2//R3 = R0= R1 + R2 + R3 R2 + R3 R2 R1
V V V (a) 직·병렬회로 (b) 등가회로 R2 + R3 R2//R3 = R2 R3 R0= R1 + R2 + R3 R2 R3

48 • 10Ω의 저항을 16V의 전지에 연결하고, 3초 동안 전류를 흘렸을 때.
도선을 따라 이동한 전자의 수는? (단, 전자 한 개의 전하량 : 1.6×10-19 C) • 저항 20Ω에 흐르는 전류의 세기는 몇 A인가? • B에 흐르는 전류의 세기는 몇 A인가? B • A에 0.8A, 점 B에 0.2A의 전류가 흐르면, 점 C에 흐르는 전류는? 10 Ω 6 Ω 15 Ω 9 V • 6Ω의 저항에 걸리는 전압은? • 10Ω의 저항에 걸리는 전류는?

49 4) Wheatstone bridge의 원리
X I3 I4 I1 I2 a b c d V I1 = I2 I3 = I4 Vac= Vad Vbc= Vbd I1R1 = I3R3 I1R2 = I3X R1 R3 R2 X I1 = I3 I1 = I3 R1 R3 I3 I1 = R2 X

50 5) Kirchhoff’s law I1 +I2 = I3 +I4 +I5 V1 -V2 = I1 R1 - I2 R2
• 제1 법칙 (KCL) : 전류가 흐르는 길에서 들어오는 전류와 나가는 전류의 합이 같다. I1 I2 I3 I4 I5 I1 +I2 = I3 +I4 +I5 • 제2 법칙 (KVL): 회로에 가해진 전원전압과 소비되는 전압강하의 합이 같다. R1 R2 V1 V2 a c b d I1 I2 V1 -V2 = I1 R1 - I2 R2

51 예제 18 15 V 3 Ω a b I c d 5V 2 Ω 예제 19 a b I2 c d I3 e f V1=10 V I1
R1=10 Ω a b V2=20 V I2 R2=20 Ω c d V3=10 V I3 R3=10 Ω e f

52 전압강하 E V1 = IR1 V2 = IR2 E = V1 + V2  V2 = E - V1 R1 R2 c b c d b d a
예제 19 2 Ω 2 Ω d e c 2 Ω 24 V b a

53 분압기와 분류기 • 직렬회로 : 분압기 역할 • 병렬회로 : 각 지로의 전류는 저항 값에 반비례하여 분류한다. (1) 전압분배
• 직렬회로 : 분압기 역할 • 병렬회로 : 각 지로의 전류는 저항 값에 반비례하여 분류한다. (1) 전압분배 • 직렬회로내 모든 전류는 동일 VR = R0 R × V • 전압 강하는 전류와 저항의 곱 • 저항  전압 강하  (2) 전류분배 • 병렬회로의 양단에 가해진 전압이 주어져 있지 않을 때 I0 I1 = R1 + R2 R2 × I0 I2 = R1 I1 I2 R1 R2

54 예제 21 각 저항에서의 전압강하는? 예제 21 각 지로의 전류 I1, I2 ? I1 R1 I2 R1=50 Ω R2=30 Ω
240 V 예제 21 각 지로의 전류 I1, I2 ? R1 I1 I2 I0 = 1000A 1 kΩ 999 kΩ

55 전압계와 전류계의 접속 V R r • 전압계 가는 선을 많이 감아 내부저항 , 회로에 병렬 접속
• 전류계 굵은 선을 적게 감아 내부저항 , 회로에 직렬 접속 부하 A V + 그림1-21 전압계와 전류계의 접속 r : 전압계 내부저항 I : 회로에 흐르는 전류 V r Rm I E V : 전압계 지시전압 E : 측정하고자하는 전압 E = I(R m + r) = (R m + r) = ( )V R V r R m  전압 E는 지시 전압 V의 배 그림1-22 배율기의 접속 배율기의 배율(multiplying factor)

56 • 분류기(shunt) : 전류계의 측정범위를 넓히기 위하여 전류계에 저항을 병렬로 접속
RS : 분류기 저항 I : 전류계에 나타난 전류 IS : 분류기에 흐르는 전류 r : 전류계 내부저항 I0 : 측정하고자 하는 전류 A I0 I r IS RS 전류계 전압강하 = 분류기 전압강하 Ir = IS RS IS = (I0 – I) Ir = (I0 – I)RS = I0 RS– IRS 그림1-23 분류기의 접속 r + RS r R m I0 = I = ( ) I RS

57 • 1Wh : 1W의 전력으로 1시간 동안 사용하였을 때의 전력량
전력과 열량 (1) 전력 (Power) • 전기가 단위시간(1초간)에 행한 일의 양 P = IV = I2R = [W] R V2 • 기호 : P , 단위 : W(=J/s) • 1 [W] : 1초간에 1 [J]의 일을 할 때 전력 1[HP]=746 [W] (2) 전력량 • 전력과 일을 한시간의 곱 W = V I t = P t [J] • 기호 : W , 단위 : Wh • 1Wh : 1W의 전력으로 1시간 동안 사용하였을 때의 전력량 (3) 전류의 발열작용 • 줄(Joule)열 : 전류가 흐를때 도체에 발생하는 열 • 1 [A]의 전류가 저항이 R인 도체를 t초 동안 흐를 때 도체에 단위시간당 발생하는 열량(H) H = I2Rt [J] 1 [J] = 0.24 cal H = 0.24I2Rt [cal]

58 전 력 량 전 력 • R저항에 I[A]의 전류가 t[s]동안 흐를 때의 열 에너지는 H = I²Rt [J]
• 저항 R에 가한 전압을 V[V]라면 W = H = I²Rt = V.I.t [J], (V = IR) • 일정시간동안 전기가 하는 일의양 W[J] W.s : 1[W]의 전력에서 1[s]동안 전기가 한 일, 1[J] Wh : 1[W]의 전력에서 1[h]동안 전기가 한 일, 3600[W.s] kWh : 1[kW]의 전력에서 1[h]동안 전기가 한 일, 3600 x 1000 [W.s] 전 력 • 단위 시간에 얼마 만큼의 비율로 전력량을 소비하는가, 또는 일을 하는가의 정량적인 표현으로 1[s]동안에 공급 또는 소비된 전력량으로 나타낸다. • 전력의 단위:Watt, 기호 [W] 1 [W] = 1 [J/s] • 전기가 t[s]동안에 W[J]의 일을 했을 때, 전력 P의 표현식  P = W / t = V.I.t / t = VI = (IR)I = I²R = VI = V (V/R) = V² / R [W]

59 • 어떤 전기 기구를 110V의 전원에 연결하였더니 5A의 전류가 흘렀다.
이 전기 기구의 소비 전력은 몇 W인가? • 어떤 전원에 20Ω의 저항을 1분 동안 연결하였더니 1A의 전류가 일정하게 흘렀다. 이 저항에 1분 동안 공급된 전기에너지는 몇 J인가? • 240V, 15 A의 drier를 40분간 사용시 소비되는 전력량은 몇 kWh인가? • 어떤 가정에서 220V-200W의 텔레비전을 220V의 전원에 연결하여 매일 5시간씩 30일 동안 시청 하였을 때 소비되는 전력량은 몇 kWh인가? 전기요금? (1 KWh : 200원)

60

61 2. 자기 (Magnetism) 2. 1 자석의 성질 자기력선 : 자계의 크기와 방향을 표시하는 가상의 선
• 같은 극성의 자석은 반발력, 다른 극성은 흡인력이 작용한다 • 철편 및 철가루를 흡인하는 작용은 자석의 양끝에서 가장 강하다. • 항상 두 종류의 극성이 있고, 두 자극이 가지는 자기량은 같다. • 막대자석의 N(+)극은 북쪽, S(-)극은 남쪽을 가리킨다. • 자석을 잘게 부수어도 언제나 N극과 S극이 존재한다 양의 자극에서 방사되어 음의 자극에 흡수 자력선상의 어떤 점에서 접선 방향은 그 점의 자계의 방향을 나타냄 자력선은 서로 반발한다. 자극 m에서 m/μ0개의 자력선을 진공중으로 방사한다. 자력선은 등전위면과 직교 자극이 없는 장소에서는 연속적 자력선의 밀도가 클수록 자계의 세기가 크다.

62 2.2쿨롱의 법칙 N S F [N] r [m] m1 [wb] m2 [wb]
m1, m2가 N이면 (+), S극이면 (-) F가 (+)이면 반발력,(-)이면 흡입력 μ0:진공의 투자율(permeability), μs: 진공물질에 대한 어떤 물질의 투자율=비투자율[단위없음] 투자율 : 자력선이 통하기 쉬운 척도 공기(진공)을 1로하면 철은 5,000~10,000배

63 진공 중 일반매질

64 2.3 자계(magnetic field)와 자속(magnetic flux)
자계와 자계의 세기 • 자계(magnetic field) : 자계에 의해 힘이작용하는 공간 = 자기력이 작용하는 공간 • 자계의 세기(intensity of magnetic field) - 자계 중의 한점에 1[Wb]의 자하를 두었을때 이에 작용하는 힘의 크기와 방향 - 자계에 의해 힘이 작용하는 공간 = 자기력이 작용하는 공간 - 단위 : [N/Wb] or [AT/m] - 자계의 방향에 수직인 1 [m2]에 대해 1줄의 자력선이 지나는 것 - 50 [AT/m] : 1 [m2]당 50개의 자력선이 지나감 • 자기력선 : 자기장의 크기와 방향을 표시하는 가상의 선 • 자기력 : 자석이 철편 등을 끌어당기는 힘, 자기에 작용하는 힘. F=Hm [N] 자계의 세기 H[AT/m]의 지점에 m[Wb]의 자극을 놓으면 의 힘을 받음

65 자기력선 : 자계의 크기와 방향을 표시하는 가상의 선
- m [Wb]의 점자극으로 부터 r[m] 거리에 있는 점 P에 1[Wb] 점자극을 가지면 점 P의 자계 Ex) 600[AT/m]의 자계 중에 어떤 자극을 놓았을 때 3*102[N]의 힘을 받았다. 몇[Wb]=? Ex) 10-5[Wb]와 1.2*10-5[Wb]의 자극을 공기 중에 2[cm]의 거리에 놓았을때 힘 F=? 자기력선 : 자계의 크기와 방향을 표시하는 가상의 선 양의 자극에서 방사되어 음의 자극에 흡수 자력선상의 어떤 점에서 접선 방향은 그 점의 자계의 방향을 나타냄 자력선은 서로 반발한다. 자극 m에서 m/μ0개의 자력선을 진공중으로 방사한다. 자력선은 등전위면과 직교 자극이 없는 장소에서는 연속적 자력선의 밀도가 클수록 자계의 세기가 크다.

66 H n θ dS 자계의 세기 H [N/Wb]인 곳의 미소면적 dS [m2]를 수직으로 통과하는 자력선수 dN=?
자계의 세기 H [N/Wb]가 미소면적 dS [m2]와 수직이 아닌경우, 통과하는 자력선 총수N=? H dS n θ 자극의 세기 m[Wb]에서 나오는 총 자력선=?

67 자속밀도(magnetic flux density)
m[Wb]의 자극에서 1개의 자력선이 나오는것 자속밀도(magnetic flux density) 어떤 평면을 수직으로 통과하는 자속을 Φ라 하면, 그 점의 자속 밀도 B=? 단위 면적을 통과하는 자속 수 진공중에 자극 m[Wb]만 단독으로 존재시 자극으로 부터 r[m]떨어진 점의 자속밀도 B=? 진공중 자속밀도와 자계 세기의 관계 자속밀도 B는 자계의 세기 H에 비례

68 (2) 자속(magnetic flux)과 자속밀도(magnetic flux density)
• 자극의 세기가 m[wb]의 자극에서 나오는 자력선의 수? - m[wb]의 자극에서 r[m] 떨어진 점의 자계의 세기는? H [AT/m] : 1 [m2]당 H개의 자력선이 지나감 • 진공 중 총자력선 수 = 자계의 세기구의 표면적 • 다른 매질 중에서는 [개]가 나온다. 매질에 따라 그 수가 다름 진공 중 일반매질

69 자속 (magnetic flux, Φ[Wb])
• 1 [Wb] 자속 : 1[Wb]의 자극에서 1개의 자속이 나올 때 m[Wb]의 자극에서는 m개의 자속이 나옴 • m[Wb]의 자극에서 나오는 전체의 자기력선의 수 자속밀도 (magnetic flux density, B) • 자속의 방향에 수직인 단위면적 1[㎡]를 통과하는 자속 수 • m[Wb]의 자극에서 r[m] 떨어진 점의 자속 밀도?

70 단위요약 ♣ 자력선의 단위 : 맥스웰(Mx) 1[Mx] = 1개의 자력선
♣ 자속의 단위 : 웨버(Wb) 1[Wb]=1108 [Mx] ♣ 자속밀도의 단위 : 가우스(G) 1[G]=1 [Mx/cm2] 테슬라(T) 1[T]=1 [Wb/m2] 1[T]=104 [G] Ex) 자속밀도 1 [Wb/m2]는 몇 Gauss?

71 2.4 전류에 의한 자계현상 • 전선에 전류가 흐르면 전선을 중심으로 원 모양의 자계가 형성
• 전류에 의해 발생되는 자력선은 도체의 수직인 면에 발생하고 세기는 전류에 비례, 거리에 반비례하는 자계가 됨 • 앙페르(Ampere)의 오른나사의 법칙 : 전류에 의한 자기장의 방향을 결정하는 법칙 • 원형도선에 흐르는 전류에 의한 자기장 - 원형의 안쪽의 자기장은 바깥쪽보다 강하다.

72 Ampere’s circuital law
• 원형 코일의 중심으로부터 거리 l인 점 p의 자속밀도를 B라하고, 전류 I를 흘렀을때, 코일 상의 미소길이 dx 에 의한 미소자속밀도 dB는 Ampere’s circuital law 폐회로를 흐르는 전류와 그 전류에 의해서 발생되는 자계와의 관계에 대한 법칙 • 원주 상의 자속밀도 B를 적분한것과 전류 I와의 관계 B 에서 r L=2πr I I H H H H I I

73 2.5 코일의 전류에 의한 자계 발생 • 자기장의 세기 : 전류가 셀수록, 코일이 촘촘할수록 강함
• 전류에 의해 발생되는 자력선은 도체의 수직인 면에 발생하고 세기는 전류에 비례, 거리에 반비례하는 자계가 됨

74 2.6 전자석 (Solenoid) 솔레노이드 (Solenoid) • 도체에 코일을 일정하게 감아놓은 것
• 도체에 코일을 일정하게 감아놓은 것 • 직선형 솔레노이드에 의한 자기장 - 내부 자기장은 어느 방향으로나 크기가 같은 평등자 • 환상 솔레노이드에 의한 자기장 - 내내부에만 자기장이 발생, 외부에는 자기장이 형성 되지 않음 2.6 전자석 (Solenoid) • 전자석 : 코일속에 철심을 넣으면 자석이 된다. • 전자석 성질 - 전류가 흐를 때만 자석이 됨 전류가 셀수록, 코일의 감은 횟수가 많을 수록 강하다. 전류가 바뀌면 극도 바뀐다.

75 2.7 자기회로 기자력(Magnetomotion force) 전기회로 : 전류가 흐르는 길 자기회로 : 자속이 흐르는 길
기전력 : 전류를 흐르게 하는 힘 기자력 : 자속을 흐르게 하는 힘 I : 코일에 흐르는 전류, N : 코일의 권선 수 (2) 자기저항 • 자속의 흐름을 방해하는 성질 A : 단면적 [m2],  : 투자율, ℓ : 자기회로 길이 (3) 자기회로의 옴의 법칙 기자력 자속 = 자기저항

76 2.8 자화곡선과 히스테리시스 곡선 자화곡선 • 철심에 코일을 감아 전류를 흐르게 하면 자화력이 발생
자속밀도 자화력(기자력) • 자화력(H) : 단위 길이에 대한 기자력 기자력 자화력(H) = 길이 • 자기포화 : 자화력의 증가에 따라 자속 밀도가 증가하지만 어느 정도 크기에 이르면 포화상태가 됨 (2) 자화히스테리시스(Magnetic Hysteresis) = 자기 이력현상 자속밀도 투자율() = 자화력

77 F=BlIsinθ[N] 2.9 전자력 (Electromagnetic Force)
• 전자력 : 전기장 내에 있는 도체에 전류를 흘릴 때 도체이 힘이 작용 • 플레밍의 왼손 법칙 : 전자력의 방향을 결정하는 법칙 전동기(모터)의 원리를 나타내는 법칙 F=BlIsinθ[N] F : 전자력 B : 자속밀도 I : 전류 ℓ : 도체길이  : 도체와 자계의 방향의 각도

78 2.10 전자유도 (Electromagnetic induction)
• 전자유도 : 코일 내부에 통과하는 자속수의 변화에 따라 기전력이 발생하는 현상 • 발생된 기전력을 유도기전력, 발생된 전류를 유도전류 Faraday의 법칙 • 자속의 변화에 따른 유도기전력의 크기를 결정 • 도체 or 코일의 권선수가 N인 코일을 통과하는 자속이 t 동안  [wb]만큼 차단시 발생되는 유도기전력 크기 (e) 그림 2-15 코일 내 자속의 변화 e:유도기전력[V] t :시간의 변화량[s], N:코일권수   :자속의 변화량[Wb]

79 = 유도기전력은 자속의 변화를 방해하려는 방향으로 발생
(2) Lenz의 법칙 • 자속의 변화에 따른 유도기전력의 방향 결정 = 유도기전력은 자속의 변화를 방해하려는 방향으로 발생 e:유도기전력[V] t :시간의 변화량[s], N:코일권수   :자속의 변화량[Wb]

80 (3) Fleming의 오른손 법칙 • 도체 운동에 의한 유도 기전력의 방향을 결정하는 법칙 e : 유도기전력, B : 자속밀도(wb/m2) ℓ : 도체길이(m),  : 도체의 운동속도(m/s)  : 도체와 자계의 방향의 각도

81 2.11 자체유도 (Self induction) • 코일에 흐르는 전류가 변화하면 코일 중의 자속이 변화되어 코일에 기전력이
유도되는 현상 L : 자체 인덕턴스(self inductance), 단위 [H] 코일의 자체 유도 능력 정도를 나타내는 양

82 2.11 상호유도 (Mutual induction)
• 한쪽 코일의 전류가 변화할 때 다른 쪽 코일에 유도기전력이 발생하는 현상 M : 상호 인덕턴스(mutual inductance), 단위 [H] 자기 이덕턴스(L) 및 코일의 권선비(N2/N1)에 비례

83 (1) 변압기의 원리 • 1차 코일에 V1의 교류전압을 인가 교류전류 발생  1차 코일안의 자속() 증가 •  자체유도 현상에 의해 e1[V]의 기전력이 발생, 2차 코일에는 상호유도 작용에 의해 e2[V]의 전압이 발생

84 3. 정전기(Static electricity)
3. 1 정전기 • 대전 : 어떤 물질이 양(+) 전기나 음(-) 전기를 띠는 현상. • 정전기 : 대전된 전하가 절연체 위애서 이상하지 않고 정지하고 있는 것 • 동전기 : 전류에 의한 정전기의 이동 • 정전유도 : 전기적 중성인 도체에 대전체를 접근시키면 가까운 쪽에는 다른 종류의 전하가, 먼 쪽에는 같은 전하의 종류가 나타나는 현상 • 충전 : 전기적으로 중성인 대전체가 전하를 가지게 되는 것. • 접지 : 대지에 도체를 연결시키는 것 • 방전 : 대전체가 가지고 있던 전하를 잃어버리는 것 대전에 의하여 얻어진 전하가 절연체 위에서 더 이상 이동하지 않고

85 3. 2 쿨롱의 법칙 • 두 전하 사이에 작용하는 힘(F)은 두 전하의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례 F [N]
r [m] Q1 Q2 : 진공 중의 유전율 8.85510-12[F/N] : 매질의 유전율 공기 중=1

86 3. 3 전 계 • 자계(magnetic field) : 자기력(전기력)이 작용하는 공간,
3. 3 전 계 • 자계(magnetic field) : 자기력(전기력)이 작용하는 공간, 정전력의 크기=전계의 세기, 정전력의 방향=전계의 방향 • 정전력의 크기 Q[C] r[m] E[V/m] +1[C] • 전계의 세기 • 1[V/m] : 전계 중에 1[C]의 전하에 1[N]의 힘이 작용하는 전계 세기 • E[V/m]의 전계에 Q[C]의 전하를 가져가면 정전기력

87 3. 4 콘덴서 • 전하를 축적 시키는 장치 • 전압을 인가M에 +Q전하 축적 N에 –Q 전하 축적 • 정전용량
• C : 비례상수, 전하를 축적. 단위 [F] • 1[F] :1[V]의 전압을 인가하여 1[C]의 전하가 축적된 정전용량 1[㎌]=10-6[F],1[㎋]=10-9[F],1[㎊]=10-12[F] • 전극면적 S[m2], 전극간 거리 d[m]인 경우 정전용량 C : 유전율 : 비유전율

88 3. 5 콘덴서의 연결 병렬연결 C0=C1+C2+C3 • • •

89 (2) 직렬연결 • • •

90 = 3. 6 콘덴서의 충전과 방전 3. 7 유전체 • 정전 에너지 : 콘덴서를 충전할 때 발생하는 에너지
ex)100F의 콘덴서에 1,000[V]의 전압을 가하여 충전한 뒤 저항을 통하여 방전 시키면 저항에 발행하는 열량은 몇[cal]? 3. 7 유전체 • 유전체 : 정전용량을 크게 하는 절연물 • 비유전율 : 공기(진공)의 정전용량 C0에 대한 어떤 유전체의 정전용량 비 = C0 C

91 쿨롱의 법칙 F [N] r [m] Q1 Q2 두 전하 사이에 작용하는 힘을 구할 수 있는 식
두 전하가 있을 때 다른 종류의 전하는 인력이, 같은 종류의 전하는 척력이 작용 F [N] r [m] Q1 Q2 F : 두 전하 사이에 작용하는 힘[N]. 전기력, k : 비례상수(k=1/(4πε), 진공중의 비례상수 =9×109), r : 두 전하 사이의 거리[m], Q1, Q2 : 전하[C], ε : 유전율[F/m], ε=ε0·εr (ε0 : 진공의 유전율=8.855×10-12[F/m]) εr (비유전율 : 물질의 유전율과 진공의 유전율과의 비 Ex) +q=1.6*10-19 C e-=10-8 F=?

92 B에 작용하는힘 F=? 2m 3m A B C

93 전기장 electric field 대전체 주위의 전기적인 힘이 미치는 공간 = 전하에 전기력을 미치게 하는 임의의 공간
정전계 : 정지한 전하가 만드는 전계 전기장의 세기 : 전기장 내의 한 점에 단위 (+)전하를 놓았을 때 전하가 받는 힘의 크기(벡터) 전기장 방향=전기력선의 방향 +Q 전하를 E의 전계에 놓았을 때 작용하는 힘 F=? F [N] r [m] Q1 Q2 Q1 전하가 Q2지점에 만드는 전기장의 세기는    전기장의 방향 : 단위(+)전하가 받는 힘의 방향 도체 or 대전체 내부의 전기장 E=0 , 대전체 외부 :

94 전하예 작용하는 일 전기장의 세기가 0 인 곳 : (+) 전하가 받는 힘의 합력이 0인점 같은 종류의 전하 : 두 전하 사이
다른 종류의 전하 : 전하량이 작은것 바깥쪽 전하예 작용하는 일 전계 E[V/m] 속에 +q의 전하를 놓았을 때 , 작용하는 힘 F=? 전계 E[V/m]에서 전하를 전계의 방향과 반대방향으로 dL 만큼 움직이는데 필요한 일(dW)=? 전하를 A에서 B로 옮기는데 필요한 일W=? Ex) 점전하 Q에 의한 전계 중에 다른전하 q를 r1에서 r2로 옮기는데 필요한 일W=? Sol) 점전하 Q가 만드는 전계

95 Ex) 전계의 세기 1200[V/m]인 전장에 5[Μc]의 전하를 놓으면 얼마의 힘이 작용?
Ex) 전위 1000[V]의 위치에서 5000[V]의 위치로 전하 2*10-10[C]를 이동시킬때 필요한 일?

96 electrostatic equilibrium
도체 내부의 어느 곳에서도 전기장은 0 이다.(if :전기장) 고립된 도체가 가진 과잉 전하는 모두 도체 표면에 존재한다.(if : 척력) 대전된 도체 바로 바깥쪽의 전기장은 도체 표면에 수직하다.(if : 평행 전기장 성분) 불규칙적인 형태의 도체에서, 전하는 표면의 곡률 반지름이 제일 작은 곳에 축척 됨 전위(전기적인 위치에너지) E : 힘에 대한 벡터, V : 일, 스칼라 전기장 내에서 (+)전하를 옳기는데 필요한 일의 양 전위차(전압) : 두 점 사이의 전위의 차이 W[N.m]:쿨롱의 힘과 반대로 운동하는 일 -> 전위 V 전위 : E=0의 점을 기준으로 변화하는 일의 양 = 1C 전하를 무한 원점에서 임의의 점 x까지 가져오는데 필요한 일 1eV = ? 힘의 방향이 전계의 방향과 반대 1 eV : 전위차가 1V인 두 점 사이에서 하나의 전자를  옮기는데 필요           한 일의 양

97 전계 E[V/m] : 전위 V를 미분 전위가 커지는방향과 전계의 방향이 반대 전계를 3차원으로 표현 벡터로 표시

98 E=전기력선/m2 + r 표면적 전기력선의 밀도 = 전계의 세기
전기력선 : 전기장 내에서 (+)전하가 받는 힘을 연속적으로 그린 가상의 선 (+)전하에 시작하여 (-)전하에서 끝난다. 진행도중 분리되거나 교차하지 않는다. 밀도가 큰곳은 전기장이 세고, 작은 곳은 약하다. 전기력선의 수는 전하량의 크기에 비례 전기력의 방향 = 전기력선의 접선방향 전기장의 세기 = 전기력선의 밀도에 비례 전기력선과 전계 1[C]의 전하에는 의 전기력선이 존재 + r E=전기력선/m2 표면적 If) r만큼 떨어진 구면에 일정하게 발산되었다고 가정 - 구의 표면적 : ? - 1 [m2]당 전기력선의 수(전기력선의 밀도E)? 전기력선의 밀도 = 전계의 세기

99 등전위면과 전기력선 전위가 같은 점을 연결한 선이나 면 + Gauss’s law E1 E2 등전위면에서는 전위차가 0
전하를 움직일 때 일이 필요 없다. 전하가 받는 힘은 등전위면에 수직방향이다. 등전위면이 밀한 곳은 전위차가 크고 전기장이 세다. 등전위면과 전기력선은 항상 서로 수직이다 Gauss’s law 임의의 곡면 위(면적 S)에 다수의 전하 Q1,Q2,Q3…Qn가 있을때, 법선 방향의 전기력선 E의 총합? E1 Q1 전기력선의 수 = [전하의 총합] Q2 E2 Q3 E3

100 구면의 전계 a r P 표면적 원통면 전계 a r 반경 a인 구면에 전하 Q가 일정하게 분포된 경우,
구의 중심에서 r만큼 떨어진 점의 전계 E=? a r P 표면적 원통면 전계 반경 a인 긴 원통면에 1[m]마다 전하 Q가 일정하게 분포된 경우, 중심에서 r만큼 떨어진 점의 전계 E=? a r

101 전하와 전위분포(Poisson 방정식) 전기력선의 발산 포아송 방정식
공간의 한점에서 3차원적으로 전계의 변화가 있는지 없는지를 발산으로 판단 전계 E의 발산(divergence)은 x,y,z방향의 전계 변화율과 같다 포아송 방정식 전하가 있으면 전기력선이 존재 전계E와 전하밀도 와의 관계 1차원 좌표 V

102 자기장 magnetic field 자극(磁極) 주위나 전류가 지나는 도선(導線) 주위에 생기는, 자기력이 작용하는 공간. 전계와 마찬가지로 자계에서도 자극 사이에 힘이 작용=쿨롱의 법칙 : 투자율(permeability)유전율[H/m], 자계의 세기(intensity of magnetic field) 자계 중의 한 점에 1[Wb]의 자극을 놓았을때 작용하는 힘의 크기와 방향 단위 : [N/Wb],[AT/m]

103 자계의 세기 H [N/Wb] 되는 점에 m[Wb]의 자극을 놓았을 때 받는 힘F=?
Ex) 600[AT/m]의 자계 중에 어떤 자극을 놓았을 때 3*102[N]의 힘을 받았다. 몇[Wb]=? m[Wb]의 자극으로부터 r[m]의 거리에 있는 점 p에 1[Wb]의 자극을 두면 p의 자계? Ex) 10-5[Wb]와 1.2*10-5[Wb]의 자극을 공기 중에 2[cm]의 거리에 놓았을때 힘 F=?

104 전계와 자계의 단위 비교 전 계 자 계 전하 q[C] 전계의 세기 E[V/m] 전속밀도 D[C/m2] 유전율 ε[F/m]
전 계 자 계 전하 q[C] 전계의 세기 E[V/m] 전속밀도 D[C/m2] 유전율 ε[F/m] 쿨롱 힘의 계수 자극 m[Wb] 자계의 세기 H[AT/m] 자속밀도 B[Wb/m2] 투자율 μ[H/m]

105 f Fraday’s law(France) I 전자파의 전파(Propagation)
전 자 유 도(Electronic Induction) 자계의 시간에 따른 변화는 전계발생 f Fraday’s law(France) I

106 H H I H E Ampere’s law주회적분 전자파의 전파(Propagation) 전계의 시간에 따른 변화는 자계 발생
(France) 맥스웰의 2 방정식

107 H E I 전자기파는 전계와 자계가 직교하면서 공간을 전파 transmitter 도파기 Director 방사기 반사기
급전선 feeder line 반사기 reflector 방사기 Radiator 도파기 Director

108 전자파=Maxwell 방정식  파(wave): 종파 (진행방향으로 진동) 예) 음파 횡파 (진행방향에 수직으로 진동)
예) 전자기파

109 전자기파의 성질 1. 직진성 2. 간섭성: 보강간섭 & 상쇄 간섭
3. 회절성: 파동(전파의 흐름)이 진행하다가 장애물을 만나면, 장애물을 돌아 뒤쪽까지 도달하는 현상

110 전자기파의 특징 전기장과 자기장은 서로 수직하고 이들에 수직한 방향으로 진행 전자기파는 횡파이고 편광현상을 보임.
전자기파는 빛의 속도로 진행 전자기파는 빛과 같이 반사, 굴절, 회절, 간섭 등을 하면서 운동량과 에너지를 가짐. 진공에서도 전파 전기장과 자기장의 위상은 같다. 즉, 전기장이 강하면 자기장도 강하다

111 전자기파의 특징 빛은 파장이 극히 짧은 전자파의 일종
전자파 : 빛과 같은 직진, 반사, 굴절, 회절, 간섭, 감쇠 등의 성질을 가짐 직진 : 균일한 매질을 전파하는 경우에 발생. 주파수가 높을수록 직진성이 강함. 반사, 굴절 : 서로 다른 물질로 구성된 매질을 전파하는 경우,           물질의 경계면에서 일부는 반사, 나머지는 굴절하는 성질.            광학에서 스넬의 법칙(Snell's Law)이 똑 같이 적용됨. 회절 : 전자파의 전파 경로상에 장애물이 있는 경우,           장애물 뒤쪽까지 전자파가 굽어져서 도달되는 현상.           주파수가 낮을수록 회절현상이 심하게 나타남. 간섭 : 동일 주파수를 갖는 2개 이상의 전자파가 존재할 때,           동위상의 경우는 합성되고, 역위상의 경우에는 상쇄되는 현상. 감쇠 : 전도성이 있는 매질 내에서 파장이 짧을수록 영향이 크다.

112 wave? 파동 정의 : 매질의 한 점에서 생긴 교란상태가 매질을 따라 규칙적으로 퍼져 나가는 것
정의 : 매질의 한 점에서 생긴 교란상태가 매질을 따라 규칙적으로 퍼져 나가는 것  파동의 표시 * 파장(λ): 매질의 한 점이 1회 진동하는 동안 파동이 진행한 거리 * 진폭(A): 진동중심에서 마루나 골까지의 거리 * 진동수(f): 단위시간동안 진동한 횟수 * 주기(T): 한번 진동하는데 걸리는 시간 * 파동의 전파속도          T 시간동안 λ만큼 이동하므로          v =  λ / T

113  "무선통신에 사용되는 무선 주파수를 포함하여 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 우주선 등을 총칭하는 것"
전파의 정의 "전파란 인공적 매개물이 없이 공간에 전파하는 3,000GHz 보다 낮은 주파수의 전자파" 사전적 의미 넓은 의미  "무선통신에 사용되는 무선 주파수를 포함하여 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 우주선 등을 총칭하는 것"

114 주파수와 대역폭 • 주파수 : 전파가 움직이는 보이지 않는 길이, • 파장 또는 진동수를 기준으로 정한 이용자의 약속
• 파장 또는 진동수를 기준으로 정한 이용자의 약속   • 단위 : "Hz" 1Hz는 1초 동안 1번 진동 예) 이동전화 800MHz = 1초에 8억번 진동 1초에 1번진동=1Hz 1초에 2번진동=2Hz 1초에 4번진동=4Hz 주기 진폭 • 도선에 전류가 흐르면, 자계가 발생 • 자계가 발생하면, 자계를 중심으로 전계가 형성 • 이 자계에 의해 다시 전계가 발생

115 전파의 분류 • 전파의 구분 : 3KHz를 기점으로 주파수 값의 10배마다 구분, 각각을 주파수대라고 함

116 4. 교류회로 4. 1 교류의 발생 ▶ 직류(direct current) : 시간의 변화에 따라 크기와 방향이 일정한 전압, 전류 ▶ 교류(alternating current) : 시간의 변화에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변하는 전압, 전류 • 사인파의 교류 파형 : 전압, 전류 등이 시간의 흐름에 따라 변화하는 모양

117 4. 2 교류의 표시 주파수와 주기 ▶ 1 cycle : 사인파 교류의 1회 변화를 나타낸 파형
▶ 주기 (T : period) : 1 사이클 변화에 필요한 시간 단위 : sec ▶ 주파수(f : frequency) : 1초 동안 반복되는 사이클 수,단위 : Hz • 파장 : 1 사이클 동안 이동한 거리 1초에 1번진동=1Hz 1초에 2번진동=2Hz 1초에 4번진동=4Hz 주기 진폭

118 교류발전기(Alternating voltage generator)
Fleming’s right hand rule

119 v : 순시치(instantaneous value), Vm : 최대값(peak value)
(2) 호도법 ▶ 각도 표시 방법 : [], [rad] ▶ 호도법 : 각도를 라디안으로 나타냄 Θ= r l l = r = r = π [rad] 180°= π[rad], 360°= 2π[rad] ▶ 각속도 (ω) : 1초 동안 회전한 각도 ▶ t초 동안 θ[rad]만큼 회전한 경우 ▶ 사인파의 교류전압 v : 순시치(instantaneous value), Vm : 최대값(peak value)

120 (3) 위상과 위상차 ▶ 위상 : 주파수가 동일한 2개 이상의 교류가 존재할 때 상호간의 시간적 차이
각속도로 표현, θ=ωt [rad] ▶ 위상차 : 2개 이상의 교류 사이에서 발생하는 위상의 차 ▶ 동상 : 동일한 주파수에서 위상차가 없는 경우 ▶ 위상차와 교류 표시 - 뒤진교류 : v=Vm sin(ωt -θ)[V],진상(lead phase)    - 앞선교류 : v=Vm sin(ωt +θ)[V], 지상(lag phase)

121 순시값(instantaneous value)과 최대값(maximum value)
4. 3 교류의 크기 순시값(instantaneous value)과 최대값(maximum value) ▶ 일반적 교류전압, 전류 표시 ▶ v와 I는 순간 순간 변화하는 값으로 순시값(순간값) 이라 함 ▶ Vm, Im : 최대값 ▶ peak-peak : 파형의 양의 최대값과 음의 최대값 사이의 값 Vp-p

122 (2) 실효값 (effective value)
▶ 실효값 :그림 4-6 저항 R에 직류전압과 교류전압 인가 시 발생 열량이 같을 때 교류의 크기 ▶ 실효값은 교류변화에서 전압의 순간값을 제곱한 값들의 합의 평균의 제곱근을 취함 은 의 순차적인 순간값 70.7 V ▶ 실효값을 이용한 순시값

123 (3) 평균값 (average value) ▶ 순시값의 반주기의 평균을 취하여 교류의 크기를 나타낸 값 63.7 Va 반주기

124 4. 4 교류에 대한 R, L, C의 작용 (1) 사인파 교류의 벡터표시
▶ 스칼라 : 길이나 온도 등과 같이 크기라는 하나의 양만으로 표시되는 물리량 ▶ 벡터 : 힘과 속도와 같이 크기와 방향 등으로 2개 이상의 양으로 표시되는 물리량 ▶ 벡터 표시

125 A=a+jb=A(cos θ +j sin θ)=A θ ▶ 벡터 표시

126 (2) 저항(R)만 있는 회로 ▶ 저항에 교류전압을 인가시 흐르는 전류는 옴의 법칙이 성립
옴의 법칙에 의해 순시값 전류 i는  저항만의 회로에서는 전압과 전류는 동상이고 위상차는 0 

127 (3) 인덕턴스(L)만 있는 회로 ▶ 인덕턴스에 직류전압 인가시 큰 전류가 흐른다.
▶ 인덕턴스에 직류전압 인가시 큰 전류가 흐른다. but 교류전압을 인가하면 인덕턴스가 교류의 흐름을 방해하는 역기전력이 발생 ▶ 인덕턴스(L)에 순시값 전류 을 공급하면 코일에 유도기전력 v’[V] 발생

128 V=ωLI[V] ▶ 공급전압 v와 유도기전력 v’의 관계  인덕턴스(L)만의 회로에서는
공급전압 v가 전류 i보다 위상이 /2[rad] 앞선다. 전류는 전압보다 위상이 /2[rad] 뒤진다. ▶ 코일에 흐르는 전류의 크기가 변하면 유도기전력이 발생하여 교류의 흐름을 방해  소량의 전류를 흐르게 함 ▶ 유도 리액턴스(inductive reactance, ) - 전원 주파수를 높이면 전류가 감소하는 성질 V=ωLI[V] ▶ XL은 주파수 f(Hz)에 비례하고 전류는 반비례  주파수가 높을수록 유도리액턴스가 커져 전류가 흐르기 어렵다.

129 자체 인덕턴스 L과 주파수 f 에 정비례한다

130 (4) 정전용량(C)만 있는 회로 ▶ 콘덴서에 직류전압 인가시 전하가 충전되어 전류가 흐르지 않는다.
▶ 콘덴서에 직류전압 인가시 전하가 충전되어 전류가 흐르지 않는다. ▶ 콘덴서에 교류전압 인가시 전자가 콘덴서를 충,방전 반복시켜 교류를 흐르게 함 ▶ 용량성 리액턴스 : 콘덴서도 일종의 저항 작용을 함() ▶ 전류는 단위 시간당 이동한 전하

131 ▶ C회로에서 순시값 전압 가 공급된 경우 순시값 교류 i는  전류는 전압보다 위상이 /2[rad] 앞선다 ▶ 전류(I)와 전압(V)사이의 관계 Xc 는 정전 용량 C와 주파수 f 에 반비례한다

132 기본 교류 회로의 요약 ▶ 임피던스(Z, []) :교류회로에서 합성저항에 상당하는 전체 교류저항

133 (4) R-L-C 회로 1) R-L 직렬 회로 ▶ 저항에 교류전압을 인가시 흐르는 전류는 옴의 법칙이 성립 과 는 동상
과 는 동상 ▶ R의 양단 전압 는 보다 [rad] 앞선다 ▶ L의 양단 전압

134 ▶ 전 압 ▶ 전 류 ▶ 임피던스 ▶ 위상차  R-L 직렬회로에서는 전압이 전류보다  [rad] 앞섬

135 1) R-C 직렬 회로 과 는 동상 ▶ R의 양단 전압 ▶ C의 양단 전압 는 보다 [rad] 뒤짐

136 ▶ 전 압 ▶ 전 류 ▶ 임피던스 ▶ 위상차  R-C 직렬회로에서는 전류가 전압보다  [rad] 앞섬

137 3) R-L-C 직렬 회로 과 는 동상 ▶ R의 양단 전압 는 보다 [rad] 앞선다 ▶ L의 양단 전압
과 는 동상 ▶ R의 양단 전압 는 보다 [rad] 앞선다 ▶ L의 양단 전압 는 보다 [rad] 뒤짐 ▶ C의 양단 전압

138 ▶ 전 압 ▶ 전 류 ▶ 임피던스 로 리엑턴스라 함 ▶ 위상차

139 이면 는 보다  만큼 앞선다 (유도성 회로) 이면 는 보다  만큼 뒤진다 (용량성 회로) 이면 와 는 동상이다(무유도성, 직렬공진,전압공진회로)

140 4) 직렬공진 ▶ 코일의 리액턴스=콘덴서 리액턴스되면 합성 리액턴스는 0이 되므로
4) 직렬공진 ▶ 코일의 리액턴스=콘덴서 리액턴스되면 합성 리액턴스는 0이 되므로 회로의 임피던스는 저항만의 회로가 되어 전원전압을 저항으로 나눈 크기의 전류가 흐름 ▶ 직렬공진조건 일 때 주파수 , 각주파수를 라 하면 : 공진주파수 or 고유주파수 ▶ 직렬 공진임피던스 ▶ 공진 전류

141 ▶ 공진 곡선 : 공진회로에서 주파수에 대한 전류의 변화를 나타낸 곡선
▶ 선택도 : 회로에서 원하는 주파수와 원하지 않는 주파수를 분리하는 것

142 저항과 인덕턴스의 병렬회로 어드미턴스(admittance) : 임피던스의 역수 전류를 잘 흐르게 하는 정도

143 저항과 정전용량의 병렬회로

144 저항, 인덕턴스, 정전용량의 병렬회로 병렬공진 주파수 어드미턴스 최소, 임피던스 최대 전류는 최소

145 직렬회로의 요약

146 병렬회로의 요약