3. 커패시턴스

3. 커패시턴스

(1) 정전 유도 (2) 커패시턴스와 콘덴서 (3) 콘덴서의 접속 (4) 정전 에너지 (5) 정전기의 흡인력

[1] 정전기와 정전기력

① 정전기 : 대전에 의하여 얻어진 전하가 절연체 위에서 더 이상 이동하지 않고 정지하고 있는 것.
② 대전 : 어떤 물질이 양(+)전기나 음(-)전기를 띠는 현상.
③ 정전기력 : 두 전하 사이에 작용하는 힘. 전기력, 정전력.


같은 전하는 반발력, 다른 전하는흡인력이작용한다.

[2] 정전 유도

① 정전 유도 : 대전체 A에 대전되지 않은 도체 B를 가까이 하면 A에 가까운 쪽에는 다른 종류의 전하가, 먼 쪽에는 같은 종류의 전하가 나타나는 현상.
② 충전 : 전기적으로 중성인 대전체가 전하를 가지게 되는 것.
③ 접지 : 대지에 도체를 연결시키는 것.
④ 방전 : 대전체가 가지고 있던 전하를 잃어버리는 것.

(2) 커패시턴스와 콘덴서 맨위로

[1] 커패시턴스

① 커패시턴스 : 전극이 전하를 축적하는 능력의 정도를 나타내는 상수로서 전극의 형상 및 전극 사이를 채운 유전체의 종류에 따라 결정되는 값.


*C=Q/V[F]*

② 1[F] : 두 도체 사이에 1[V]의 전압을 가하여 1[C]의 전하가 축적된 경우의 정전 용량.
③ 단위 : 패럿(farad, [F])


1[㎌]=10^-6[F],1[㎋]=10^-9[F],1[㎊]=10^-12[F]

[2] 콘덴서의 구조

① 커패시터 : 2개의 도체 사이에 유전체를 끼워넣어 커패시턴스 작용을 하도록 만들어진 장치. 콘덴서


*C=εA/l[F]*

여기서, C : 커패시턴스[F], ε : 유전율[F/m], l : 극판간의 간격[m], A : 극판의 면적[m²]
② 큰 정전용량의 콘덴서를 얻는 방법
- 극판의 면적을 넓게 함
- 극판 간의 간격을 좁게 함
- 비유전율이 큰 절연체를 사용함

[3] 콘덴서의 종류

◆콘덴서- 가변콘덴서, 고정콘덴서( 마일러 콘덴서, 마이카 콘덴서, 세라믹 콘덴서, 전해 콘덴서 )

(가) 가변 콘덴서 : 전극은 고정 전극과 가변 전극으로 되어 있고 가변 전극을 회전하면 전극판의 상대 면적이 변하므로 정전 용량이 변함. 공기 가변 콘덴서(바리콘)가 대표적.
(나) 고정 콘덴서
① 마일러 콘덴서 : 플라스틱 필름이 유전체, 용량의 정밀도 높고, 주파수 특성이 우수
② 마이카 콘덴서 : 운모와 금속박막으로 됨. 온도 변화에 의한 용량 변화가 작고 절연 저항이 높은 우수한 특성. 표준 콘덴서
③ 세라믹 콘덴서 : 비유전율이 큰 산화 티탄 등이 유전체, 가격대비 성능이 우수, 가장 많이 사용.
④ 전해 콘덴서 : 전기 분해하여 금속의 표면에 산화피막을 만들어 유전체로 이용. 소형으로 큰 정전 용량을 얻을 수 있으나, 극성을 가지고 있으므로 교류회로에는 사용할 수 없다.

(3) 콘덴서의 접속 맨위로

[1] 병렬 접속

Q₁=C₁V[C], Q₂=C₂V[C], Q₃=C₃V[C]
Q=Q₁+Q₂+Q₃=C₁V+C₂V+C₃V=(C₁+C₂+C₃)V[C]


*∴C=Q/V=C₁+C₂+C₃[F]*

[2] 직렬 접속

V₁=Q/C₁[V], V₂=Q/C₂[V], V₃=Q/C₃[V]
V=V₁+V₂+V₃=Q/C₁+Q/C₂+Q/C₃=(1/C₁+1/C₂+1/C₃)Q[V]


*∴C=Q/V=1/(1/C₁+1/C₂+1/C₃)[F]*

(4) 정전 에너지 맨위로

[1] 콘덴서로 유입되는 에너지

① 정전 에너지 : 콘덴서를 충전할 때 발생하는 에너지


*W=1/2QV=1/2CV²=Q²/(2C)[J]*

[2] 유전체 내의 전기장의 에너지

① 정전 에너지 : W=1/2CV²=1/2CV·V=1/2Q·El=1/2Ψ·El=1/2DEAl[J]
② 단위 체적당 에너지 : W₀=W/(Al)=1/2DE=1/2εE²=1/2·D²/ε[J/m³]

(5) 정전기의 흡인력 맨위로

① 정전 흡인력 : F₀=1/2ε₀E²[N/m²]
② 접전 흡인력의 이용
- 정전 전압계
- 정전 집진 장치 : 먼지 등의 작은 입자를 제거하는 장치
- 정전기록
- 정전도장

[맨위로] [전기이론] [앞으로] [뒤로]