[전 자 기]
1. 전하 : 전기적인 성질을 일으키는 것을 말하며 여기서 전기적인 성질이란 (+) 의 성질과 (-) 성질을 띤다는 것이다. 원자핵은 양전하 즉 (+)전하를 띠고 있고 전자는 음전하 (-)를 띠고 있다.
2. 정전기 유도 : 접촉하지 않는 상태에서 이끌어 낸다는 것.
3. 쿨롱의 법칙
가. 전기력( F )
전하들 사이에는 전하의 종류에 따라 서로 잡아당기고 밀고 하는 작용을 하는 이런 힘을 전기력이라고 한다. 즉 전하와 전하 사이에 작용하는 물리적인 힘을 말하며, 단위는 N(뉴턴)을 사용하며 전하와 전하 사이에 작용하는 힘의 크기와 방향을 결정해 주는 법칙을 쿨롱의 법칙이라 한다.
F = k × q₁q₂/r²
여기서 k는 비례상수를 나타내며 물질의 따라서 값이 달라진다. 대개 진공을 기준으로 하며
k = 9.0×10⁹ N*m²/C² q₁q₂는 전하의 전하량을 뜻한다.
전하량은 -1.6×10⁻¹⁹C의 값을 가진다.
4. 전기장 ( E )
전기장이란 전하의 기전력이 미치는 범위의 공간을 말하는 것으로, 방향은 전기장 내에 +1C의 전하 를 두었을 때 받는 힘의 쪽이다. 전기장에서 받는 기전력(F)는 전기장(E)의 세기가 셀수록 세진다.
점전하 주위의 전기장의 세기는 점전하의 전하량에 비례 하고 점전하와의 거리의 제곱에 반비례하는 것을 알 수 있다. (쿨롱의법칙)
* 전기력선의 특징 (공간상의 모든 점에서 양전하가 받는 전기력의 방향을 나타낸 선)
① 양전하에서 나와 음전하로 들어간다.
② 도중에 갈라지거나 교차하지 않는다.
③ 전기력선의 밀도가 높은 곳은 전기장의 세기가 센 곳이다
④ 전기력선 위의 한 점에서의 접선의 방향은 그 점에서의 전기장의 방향이 됨.
* 전류
단위시간 동안(1초) 얼마만큼의 전하가 도선을 통해 흘렀는가라는 것을 말하며 단위는 A(암페어)로 나타낸다. 여기서 1A는 1초 동안 1C(쿨롬)의 전하가 흐르는 것을 의미한다.
I = Q / t
5. 전기저항 (R)
가. 옴의 법칙
전압과 전류와 저항과의 관계를 정의한 법칙으로 이때 전위의 차는 저항의 세기에 비례하고 흐르는 전류의 세기에도 비례하는 것을 나타낸다.
V = I R ∴ I = V / R
R = ρL / S (L : 도선의 길이, S : 도선의 단면적, ρ : 비저항)
전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다는 것을 알 수 있으며,
저항은 전압에 비례하고 전류에 반비례 한다는 것을 알 수 있다.
저항은 도선의 길이에 비례하고 도선의 단면적에 반비례한다는 것을 나타낸다.
6. 기전력과 단자전압
가. 기전력 -전자가 전류를 공급할 수 있는 능력
옴의 법칙에서 V는 건전지의 전압이 아니고 저항에 걸려있는 전압을 의미하며 이때 전압 V가 저항 에서 떨어지는 전압을 의미한다.
즉 전지가 원래 가지고 있는 전위차를 말한다.
P =W/t = I V = I² R = V² / R
나. 단자 전압
V = E - I r
단자전압은 내부 저항에 의해 낮아지는 전압을 제외한 순수 기전력을 말한다.
7. 자기장과 자기력선
가. 자기장
나. 자기력선은 항상 N극에서 나와서 S극으로 들어가는 현상을 가지게 되며 가다가 두 갈래로 갈라지 거나 겹치지 않는다. 자기력선의 접선의 방향은 자기력의 방향이 된다.
<자기력의 세기를 좌우하는 요소>
1) 자속 (Φ)
자기력선의 밀도가 높은 곳이 자기력이 센 곳을 나타내며 자기장속에 일정한 면적 A가 있다고 했 을 때 면적 A를 통과하는 자기력선의 수를 자속이라고 함.
즉 면적 A를 통고하는 자기력선의 총합을 말한다. 단위는 Wb(웨버)
2) 자속밀도 (B)
자속밀도는 단위면적당 자속을 의미한다.
B = Φ / A 단위는 T(테슬러) = wb/m²=N/A․m
8. 자기장에서 전류와 전하가 받는 힘
가. 전류가 받는 힘
- F = B I L
- 플레밍의 왼손 법칙 : 전류, 자기장, 힘의 방향을 알 수 있음.
- 같은 방향으로 전류가 흐르는 도선은 서로 당기고 다른 방향으로 전류가 흐르는 도선은 서로 밀어냄
나. 전하가 받는 힘
- F = B q v = mv² / r
- 로렌츠 힘 : 전하가 자기장에서 받는 힘
- 균일한 자기장 내에서 전하를 띤 물체는 원운동을 함
9. 전자기 유도
1) 전자기 유도현상 : 도선주위의 자기장의 세기의 변화량 만큼에 비례해서 전류(유도전류)가 흐르는 것
2) 렌츠의 법칙
유도자기장의 방향은 오른손으로 도선을 감아쥐었을 때 엄지를 제외한 나머지 손가락이 가리키는 방 향이고 엄지가 가리키는 방향으로 유도 전류가 흐르게 된다. 이렇게 도선 주위에 자기장에 변화가 생기게 되면 무조건 그 변화를 방해 하려는 힘이 유도된다는 렌츠의 법칙이다
3) 페러데이법칙
유도기전력의 크기는 자기장의 세기에 변화에 비례한다는 법칙
자속의 변화에 의하여 유도기전력이 생긴다.
4) 변압기
1차 코일에 흐르는 전류의 세기를 계속적으로 변화시키면 2차 코일에는 계속적으로 유도기전력이
생긴다. 따라서 1차 코일에 전지 대신에 교류전원을 연결하면 전류의 세기는 항상 변하므로 2차 코일
에는 항상 기전력이 생기는 원리를 이용하여 교류의 전압을 변화시키는 장치이다.
각 코일의 감은수를 N₁,N₂라 하고 1차 코일에 주어진 교류전압을 V₁, 2차 코일에 유도되는 전압
을 V₂라면,
V₁/V₂=N₁/N₂=I₂/I₁
변압기에서 에너지의 손실이 없다면 에너지보존의 관계가 성립되어야 한다. 따라서 1차 코일의 전류
의 세기 i₁과 2차 코일의 세기 i₂사이에는 V₁i₁= V₂i₂의 관계가 성립하게 된다.