자기 자기 1) 자석 ① 자성 - 금속을 끌어당기는 성질, N극과 S극을 가지는 성질 ② 자석 - 자성을 가진 물체

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1 자기 자기 1) 자석 ① 자성 - 금속을 끌어당기는 성질, N극과 S극을 가지는 성질 ② 자석 - 자성을 가진 물체
자기 1) 자석 ① 자성 - 금속을 끌어당기는 성질, N극과 S극을 가지는 성질 ② 자석 - 자성을 가진 물체 ③ 자극 - 자석에서 자력이 가장 센 부분 ⇨ 두 극의 자기량이 동일하다. ⓐ N(정극 + )극- 북쪽을 가리키는 부분 ⓑ S(부극 - )극 - 남쪽을 가리키는 부분 ⓒ 자극의 세기의 단위 : 웨버[㏝] ④ 자기 - 자성의 원인이 되는 것 ⑤ 자계(자기장) :자기력이 작용하는 공간 ⑥ 자기력 : 인력과 척력 

2 자극의 성질 같은 극끼리는 반발하고 다른 극끼리는 서로 흡인한다. 자극에 관한 쿨롱의 법칙: 두 자극 사이에 작용하는 자기력
m1: 자극의 세기, m2: 자극의 세기,r: 두 자극간의 거리

3 투자율(μ) 주어진 물질에서 전자장을 얻을 수 있는 쉬운 정도 자화가 잘 되는 정도 또는 자기력 선을 잘 통과시키는 정도 진공 중의 투자율 = [Wb/At m] 강자성체는 투자율이 높다.

4 자기력선 자기력선 – 자기장의 상태를 나타내는 가상의 선 자기력선의 특징 ① 자기력 선은 N극으로부터 나와 S극으로 들어간다.
자기력선 – 자기장의 상태를 나타내는 가상의 선 자기력선의 특징 ① 자기력 선은 N극으로부터 나와 S극으로 들어간다. ② 자기력선의 밀도가 높은 곳에서 자기력의 세기가 세다 ③ 곡선부분에서의 자기장의 방향은 그 점에서의 접선방향이다. ④ 서로 교차하거나 끊어지지 않는다. ⑤ 비자성체를 통과한다.

5 자기장 자기장 : 자석에 의해 자기력이 미치는 공간 자석에서 멀어질수록 자기장의 세기가 약해진다. 자기장의 세기(H)
- 자기장 안의 P점에 +1[㏝]의 자극을 놓았을 때에 작용하는 힘 ,단위:[A/m] m1[Wb]자극으로부터 r[m] 거리에 있는 점에서의 자기장의 세기(H) 1 [wb] H[A/m] r[m] m [wb]

6 ❋ 자성체 - 자기장 내에서 자석화(자화) 되는 물질의 총칭
자석은 자성체를 흡인하는 성질이 있다. ❋ 자성체 - 자기장 내에서 자석화(자화) 되는 물질의 총칭 ❋ 자화 - 외부 자기장의 영향으로 원자들이 일정한 방향으로 배열되어 자석처럼 되는 현상 ❋ 물체를 자석에 대한 반응으로 분리 ⓐ 강자성체 자석을 가까이하면 자화 되고 자석을 제거해도 자회된 상태로 유지하 는 물체 ⇨ 자석에 강하게 끌리는 물체 자석을 접근시켰을 경우 N극 가까운 쪽은 S극으로, 먼 쪽은 N극으로 자화 되는 물체 ex) 철, 니켈, 코발트, 텅스텐

7 ⇨ 자석을 가까이 대면 자화되고 자석을 멀리하면 자화되지 않는 물체 ⓒ 반자성체 자석에 반발하는 물체 (반발함- 매우 약하게)
ⓑ 상자성체(=비자성체 ) 자석에 끌리는 정도가 매우 약함 ex) 알루미늄, 황동, 망간, 나무 ⇨ 자석을 가까이 대면 자화되고 자석을 멀리하면 자화되지 않는 물체 ⓒ 반자성체 자석에 반발하는 물체 (반발함- 매우 약하게) 자석을 접근시켰을 경우 N극 가까운 쪽은 N극, 먼 쪽은 S극으로 자화 되는 물체 ex) 수소, 탄소, 인, 구리, 안티몬 자성체 비투자율(μR ) 강자성체 >>1 상자성체 > 1 반자성체 < 1 (음의 값)

8 자기력은 비자성체를 통과하는 성질이 있다. - 자기력은 종이 또는 유리, 흙 등의 비자성체를 통과하는 성질 자석을 아무리 잘게 쪼개어도 N극과 S극은 항상 쌍으로 존재함 자기 유도 작용이 있다. 자성체에 자석을 가까이 하면 자성체도 자석의 영향을 받아 일시적 으로 자석이 되는 현상

9 자속(φ) N극에서 나와 S극으로 들어가는 자력선의 묶음 자력선이 많아지면 자속은 커지고 자기장의 세기는 강해짐 자속의 단위는 [Wb] 웨버 자극의 세기가 m [Wb]인 자극에서 나오는 자속은 m [Wb] 자속밀도(B) 자속밀도는 자기장에서 일정한 면적당 자속 수 단위 : 테슬라[T] = [Wb/m2] 자기장의 세기(H)와 자속밀도(B)의 관계

10 전자기 도선에 전류를 흘렸을 때 전류에 의해서 만들어진 자기 도선을 중심으로 동심원의 형태로 자기장이 형성됨 – 전자장 도선 중심에 가까울 수록 자기력선의 밀도가 높아지며 자기장이 강함. 전자기력선의 방향 직선 도선 주변에 생긴 자력선의 방향은 전류의 방향에 의해 결정 됨 앙페르(암페어)의 오른손 법칙(오른나사법칙) 엄지손가락 : 전류의 방향 네 손가락이 감기는 방향 : 자기장의

11 앙페르의 오른나사 법칙 무한하게 긴 직선 도선에 전류 I [A]가 흐를때 도선으로 부터 r[m] 떨어진 점에서 발행 하는 자기장의 세기 H

12 비오-사바르의 법칙 도선에 전류가 흐를때 도체 주위 영역의 한 지점에서 자기장의 값은 전류요소들이 기여하는 효과의 전체적인 합이라고 할 수 있다

13 원형 도선(코일)에 흐르는 전류에 의해 생긴 자기장
원형 도선의 각 부분을 직선 도선으로 생각하여 직선 도선에 생기는 자기력 선이 합쳐진 것, 도선의 각 부분은 오른나사 법칙이 성립 코일에 전류가 흐르고 있는 경우 코일 내부에 생긴 자기장의 방향 오른손 엄지의 법칙 엄지 손가락 : 자기장의 방향, N극 네 손가락이 감기는 방향 : 코일에 흐르는 전류의 방향

14 도선을 원형으로 감은 코일에 전류를 흘리면 도선을 쇄교하는 자기력
코일 내부에서 서로 합해져 강한 자기장 발생 원형 도선 안쪽의 자기장은 밖의 자기장보다 강함 원형 도선 안쪽의 자기장의 방향은 원의 면에 대하여 수직으로 발생됨 코일의 감은 횟수가 많을 수록 강한 자기장이 발생 반지름 r[m], 감은 횟수가 N회인 코일에 전류를 흘릴 때, 코일 중심에서의 자기장의 세기 (H)

15 기자력 (Fm) 자기장을 만드는 힘 자기회로에서 자속을 발생시키는 힘, 단위 [At] 자기회로에서의 옴의 법칙 자기저항( : Reluctance) 물질의 자기형성을 방해하는 것 전기회로의 저항과 유사 단면적(A), 투자율(μ), 자기통로의 길이(L)와의 관계

16 전자석 쉽게 자화될 수 있는 코어를 전선으로 감아 전자석을 만든다. 전자석의 자극 방향 속이 빈 코일보다 코일에 쇠막대를 넣었을 때 자기력 선이 더 많이 생김.

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18 전자력선의 특징 전자석은 영구 자석과 다르게 전류가 흐를 때만 자석이 됨 전류를 끊으면 자석의 성질을 잃음 전자석에 전류를 많이 흘릴수록, 코일을 많이 감을수록 강한 자석이 됨. 전류 방향이 바뀌면 전자석의 극도 바뀐다. 전기장 속에서 도선이 받는 힘 전자력 : 자기장과 전류 사이에 작용하는 힘 플레밍의 왼손 법칙 자기장 안에 놓여 있는 도선에 전류가 흐를 때 도선이 받는 전자력의 방향은 왼손의 세 손가락을 서로 직각 방향으로 펼치고, 집게 손가락은 자기장의 방향, 가운데 손가락은 전류의 방향으로 하면 엄지손가락의 방향이 전자력의 방향이다. 전동기의 회전방향을 알 수 있다.

19 도선에 가해지는 전자력의 크기

20 자기장 내에 코일을 넣게 되면 코일은 회전을 하게 된다. 이때 얻어지
는 회전력 패러데이의 법칙 도체가 자속을 차단하면 기전력이 생김 코일에 교차하는 자속수가 변화하면 기전력이 생김 이때 생긴 기전력을 유도기전력, 이때 생긴 전류를 유도전류 유도 기전력의 크기

21 플레밍의 오른손 법칙 유도기전력의 방향을 결정하는 법칙 발전기의 전류 방향을 결정 엄지손가락 : 도체의 이동 방향 집게손가락 : 자속의 방향(자기장 방향) 중지 : 유도 기전력의 방향

22 렌츠의 법칙 유도기전력의 방향을 자속의 증감을 방해하는 방향으로 생긴다.

23 자기장에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘을 연속적인 회전운동을 유지하게 하여 계속 에너지를 발생
전동기의 원리 변환 전기적인 에너지 역학적인 에너지 자기장에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘을 연속적인 회전운동을 유지하게 하여 계속 에너지를 발생 영구자석이나 전자석 사이에 직사각형 코일을 설치하여 회전할 수 있도록 하고 이 코일에 전류를 흘려주되 계속해서 같은 방향으로 토크가 발생되도록 전류의 방향을 주기적으로 변환

24 발전기의 원리 자기장이 있는 곳에서 도선을 움직이면 도선속의 전하가 자기력을 받아 유도기 전력이 생김 이때 도선에 흐르는 전류의 방향을 알기 위해 사용하는 법칙 플레밍의 오른손 법칙 발전기는 영구자석이나 전자석으로 만든 균일한 자기장 속에 코일을 강제로 회전시켜 기전력을 발생시키는 장치 역학에너지 전기에너지 발전소에서는 여러 에너지를 역학에너지로 바꾼 후 전기에너지로 변환

25 ⊗ 형성평가 1. 자속밀도의 단위는? 2. 변압기의 원리는 어떤 현상을 응용한 것인가? 상호유도의 원리
3. 자장 속에 도체를 놓고 전류를 흘릴 때 힘은 어느 방향으로 발생하는가? ⊗ N극 S극 4. 자기장 내에서 전류가 흐르고 있는 도체가 받는 힘의 방향을 나타내는 법칙은? 플레밍의 왼손법칙 5. 반지름 r[m], 권수 N의 원형 코일에 I[A]의 전류를 가했을때 코일 중심의 자기장의 세기?

26 8. 자기회로에서 투자율이 , 자기장의 세기가 H일때 자속 밀도는?
6. 기자력의 단위는? 7. 전동기의 회전 방향을 알기 위한 법칙? 플레밍의 왼손법칙 8. 자기회로에서 투자율이 , 자기장의 세기가 H일때 자속 밀도는? 9. 자속밀도가 의 평등 자기장 내에 전류 3[A]가 흐르는 길이 20[Cm]의 도선이 자기장의 방향과 30도로 놓여 있을때 도선에 작용하는 힘의 세기는 얼마인가? 60도 2 1 30도 90도

27 10. 무한장인 도선에 10[A]의 전류가 흘렀을때 이 도선에 50[Cm] 떨어진 점의
자장의 세기는 얼마인가?

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29 半 + 導體 또는 SEMI + CONDUCTOR
반도체의 개요 반도체란? 원래는 거의 전기가 통하지 않지만 빛이나 열, 또는 불순물을 가 해 주면 전기가 통하고 조절도 할 수 있는 물질 半 + 導體 또는 SEMI + CONDUCTOR 원자 : 원자핵(양전하:+, 중성자), 전자(음전하: -) 원자핵 = 양성자(+) + 중성자(중성) ☞양성자와 중성자의 질량은 전자의 1840배 양성자수 Z=양전하수=원자번호→ 전자수와 동일        전자 원자핵

30 ① 전자 : 전자의 상수 - 전하량 : q0=(-)1.602 × 10-19 [C]
       ① 전자 : 전자의 상수 - 전하량 : q0=(-)1.602 × [C] - 정지 질량 : m0=9.11 × [Kg] ② 전자의 에너지: 1eV=1.6 × 10–19 [J] * 1eV의 크기는 1V의 전위차에서 전자에게 주어지는 위치 에너지이다. 전자의 에너지 상태 속박 전자: 전기적 인력과 원심력이 평형 - 한 원자 안에 속박 전도 전자: 특정 원자로부터 해방된 상태의 최외각 전자 - 준 자유 상태 방출 전자: 외부의 충분한 에너지를 받아 소속 원자의 속박 을 벗어남 – 방출 상태

31 전자각 원자핵 가까이부터 순서대로 1,2,3,...n번째 K각(2개), L각(8개), N각(32개)...,Q각 핵
M 원자핵 가까이부터 순서대로 1,2,3,...n번째 K각(2개), L각(8개), N각(32개)...,Q각 파울리 배타원리 n번째 전자각(궤도) 전자수= 2n2 ex)구리원자29개의 전자 K각:2X1= 2개, L각:2X 22=8개, M각:2X23 =18개, 나머지N각에 1개 자유 전자 최외각전자에 외부로 부터 에너지가 주어 지면 원자의 구속을 쉽게 이탈하여 자유로운 운동을 할 수 있음. 온도가 상승하면 물질 중의 자유전자의 운동이 활발해 진다.

32 진성 반도체 : 고순도의 단결정 구조를 가진 순수한 반도체 예) 규소(Si), 게르마늄(Ge)
진성반도체 진성 반도체 : 고순도의 단결정 구조를 가진 순수한 반도체 예) 규소(Si), 게르마늄(Ge) 정공(positive hole): 처음 중성인 상태로부터 전자가 빠져나간 빈자리 로 (+)전하를 가짐 반송자(carrier): 전하의 운반체. 정공과 전자 Si 에너지 정공(hole) 자유 전자 가전자 포화 : n = 8 실리콘 원소의 결합 구조

33 진성 반도체의 단결정에 미량의 불순물을 혼합한 반도체 → 도전성이 나타남. 예) n형 반도체, p형 반도체
불순물 반도체 진성 반도체의 단결정에 미량의 불순물을 혼합한 반도체 → 도전성이 나타남. 예) n형 반도체, p형 반도체 과잉 전자 ( n 형) 5가의 도너(Sb, As, P) 정공 (p형) 3가의 억셉터(B, Ga, In)

34 n형 반도체: 혼합 물질로 5가 원소인 도너 불순물을 넣은 반도체
도너(doner): 과잉 전자를 만드는 5가 원소인 안티몬(Sb), 비소(As), 인(P) n형 반도체의 다수 캐리어는 전자 전자에 의해 전류가 흐른다. Si 과잉 전자 Sb

35 P형 반도체 Si p형 반도체: 혼합 물질로 3가 원소인 억셉터 불순물을 넣은 반도체
억셉터(acceptor): 정공을 만드는 3가 원소인 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) p형 반도체의 다수 캐리어는 정공 정공에 의해 전류가 흐른다. Si 정공 Ga

36 pn 접합의 전위 장벽 P N 접합면에서 전자와 정공이 결합 이온이 생성되어 공핍층 형성
공핍층은 쌍극자(이온)가 전기장을 형성하여 전위장벽을 만든다. P N 공핍층(Depletion layer) 쌍극자: 전자의 확산에 의해 생긴 이온의 결합 쌍극자에 의해 전위장벽이 발생된다 확산은 전위장벽이 될 때 까지 계속 됨 pn 접합 다이오드의 전위장벽(barrier potential ) Si: 0.7V(25 C) , Ge: 0.3V, GaAs: 1.6V

37 순방향 바이어스 전위장벽이 낮고 공핍층이 좁아짐 전위장벽보다 큰 전압을 가하면 다이오드는 도통 p n 전위장벽 전류가 흐른다

38 역방향 바이어스 전위장벽이 높고 공핍층이 넓어짐 p n 전류가 흐르지 않늗다 전위장벽 공핍층이 커지고 다이오드는 차단 됨

39 다이오드의 항복(降伏) 항복전압 : 역방향에 견딜 수 있는 한계전압 도핑 농도에 따라 다름(6V 이상) 실제 50V - 1kV 정도 애벌랜치 : 전자사태(electron avalache) 항복 전압 이상서 소수캐리어 생성 갑자기 전류가 증가 해 열폭주