Chapter 24 전기용량과 유전체.

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1 Chapter 24 전기용량과 유전체

2 24 장의 목표 축전기와 전기용량 알아보기 직렬 및 병렬 연결된 축전기의 이용에 대한 학습 축전기에 저장된 에너지 계산하기
유전체에 대해 알아보고 유전체를 이용한 축전기의 전기용량 살펴보기

3 24.1 축전기와 전기용량 축전기: 절연체에 의해 분리되어 있는 Q, -Q 로 대전된 두 도체
전기용량: 전하의 크기에 대한 전위차의 비 도체 a 단위: 패럿(farad, F) 1 F = 1 C/V 도체 b

4 두 도체판 사이가 진공인 평행판 축전기의 전기용량
전기용량의 계산-진공 중 평행판 축전기 평행판 축전기의 구조 전기장의 측면도 도선 판 a, 면적 A 전위차 = Vab 판의 크기에 비해 간격이 작으면 가장자리의 전기장은 무시할 수 있다 판 b, 면적 A 도선 두 도체판 사이가 진공인 평행판 축전기의 전기용량 축전기의 전하량 Q와 무관

5 전기용량이 1F 인 축전기의 크기 전기용량이 1F인 축전기 보기 24.1
전기용량 1.0 F, 판 사이 거리 1.00 mm 인 평행판 축전기의 판 넓이? 한 변이 ~10km 인 정사각형 면적에 해당 1F 는 매우 큰 크기임을 의미

6 평행판 축전기의 성질 전기용량, 전하량, 전기장 보기 24.2
판 사이 거리 5.00 mm, 판 넓이 2.00 m2, 양단 전위차 10,000 V (10.0 kV) 인 평행판 축전기 전기용량 전하량 (c) 전기장의 크기

7 구형 축전기- I 구형 축전기의 전기용량 보기 24.3 전기용량 가우스 법칙 내부 껍질, 전하 +Q 가우스 표면

8 구형 축전기 -II 전위차 전기용량 예)

9 원통형 축전기 보기 24.4 원통형 축전기의 단위 길이당 전기용량

10 24.2 축전기의 직렬연결과 병렬연결 하나씩 순서대로 연결된 것을 직렬연결이라 한다 직렬연결된 축전기 직렬연결된 축전기
등가 축전기 각 축전기는 같은 전하량 Q 총 전위차는 각각의 전위차의 합 등가 전기용량은 각 전기용량보다 작다 전하량은 각 축전기에서와 같다 직렬연결된 축전기

11 여러 개가 한꺼번에 연결되어 동시에 동작하도록 연결된 것을 병렬연결이라 한다
병렬연결된 축전기 등가 축전기 축전기는 같은 전위차 V 각 축전기의 전하량은 전기용량에 따라 다르다 전하량은 각 축전기 전하의 합 등가 전기용량 병렬연결된 축전기

12 축전기 회로 등가 전기용량 보기 24.5 직렬연결된 축전기를 등가 축전기로 대체한다…
… 병렬연결된 축전기를 등가 축전기로 대체한다… … 직렬연결된 축전기를 등가 축전기로 대체한다

13 축전기에 저장된 퍼텐셜 에너지와 에너지 밀도 축전기에 저장된 퍼텐셜 에너지 진공에서 전기장 에너지 밀도
24.3 축전기의 에너지 저장과 전기장 에너지 축전기에 저장된 퍼텐셜 에너지와 에너지 밀도 축전기가 대전되는 순간의 전하를 q, 전위차를 v라 하고 dq 만큼의 전하를 +q의 도체로 옮기는데 필요한 일 dW는 축전기에 저장된 퍼텐셜 에너지 진공에서 전기장 에너지 밀도

14 Z 장치 – 대형 에너지 저장 축전기 수많은 축전기를 병렬로 연결하면 엄청난 양의 에너지를 저장할 수 있다. Z장치의 출력은 1014W 로서 지구에 있는 모든 발전소 출력의 80배에 해당되며 순간 방전되면 109K 정도의 온도를 얻을 수 있다!

15 24.4 유전체 유전체는 퍼텐셜차를 변화시킨다 축전기의 평행판 사이에 물질을 넣으면 퍼텐셜이 변한다. 판을 감아도 평판의 경우와 같다 진공 전위계 (두 판 사이의 전위차 측정) 유전체 도체 (금속 박막) 유전체를 넣으면 축전기 양단의 전위차가 줄어든다 도체 (금속 박막) 유전체 (플라스틱 시트)

16 표 24.1— 유전 상수 표 24.1 20 °C에서 측정된 여러 물질의 유전 상수 K 물질 물질 진공 폴리비닐클로라이드
물질 물질 진공 폴리비닐클로라이드 공기(1 기압) 플렉시글라스 공기(100 기압) 유리 테플론 네오프렌(합성고무) 폴리에틸렌 게르마늄 벤젠 글리세린 운모 물 마일라 스트론튬 티탄산염(SrTiO3)

17 유전체와 전기력선의 변화 유전체에 의한 전기력선의 변화 유전체 진공 유도 전하
유전체 표면에 유도된 전하가 두 판 사이의 전기장을 감소시킨다

18 유도 전하와 전극 유전율의 정의 유전체가 있는 평행판 축전기 유전체에서 전기 에너지 밀도

19 유전체가 없는 경우와 있는 경우 비교 – 보기 24.8 유전체 유무와 에너지 저장 보기 24.8 U0 : 처음 저장된 에너지

20 보기 24.8 유전체가 없는 경우 에너지 밀도 유전체가 있는 경우 에너지 밀도

21 매우 강한 전기장은 유전체의 임계 강도를 초과할 수 있다
유전성 파괴 매우 강한 전기장은 유전체의 임계 강도를 초과할 수 있다 표 24.2 절연 물질의 유전 상수와 유전 강도 물질 유전 상수, 유전 강도 폴리카보네이트 폴리에스테르 폴리프로필렌 폴리스티렌 파이렉스 유리

22 연습문제 (24.1) 축전기와 전기용량 (24.4) 축전기의 직렬/병렬 연결 (24.7) 축전기 에너지 저장과 전기장 에너지