전기 기본 이론

전기 기본 이론

* 전하(Charge) : 전기적 성질을 가진 입자. 양전하와 음전하가 있다.

* 전자 : 음전하로, (-)전기의 성질을 가지고 있는 입자이다.

* 자유전자[ free electron , 自由電子 ]

http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=200000000&docId=1137788&categoryId=200000458
    원자 내 전자들이 핵과의 인력에 의해 고정되어 있는데 반해 일정 영역 내에서 움직임이 자유로운 전자다. 주로 금속 내에 있으며, 진공관 등에서는 열전자 방출로 인해 자유전자가 기체상태로 있기도 한다. 전리층에서도 기체상태의 자유전자가 존재한다. 금속 내부에서 전기 전도성, 열 전도성 등의 성질을 이 자유전자로 기술하는 자유전자모형 이론이 있다.

* 양성자 : 양전하로 (+)전기의 성질을 가지고 있는 입자이다.

* 전하량(Q) : 전자와 양성자와 같은 전하들이 가지고 있는 전기적 성질의 양
    - 단위는 쿨롱[C]
        - 1C = 6x10^18 (개의 전자)
    - 단위전하량(1개전자의 전하량) e = 1.6 ×10^(-19) [C]

* 전류(I) : 단위시간당 흐르는 전하의 양
    - 단위는 암페어[A] 이다.
    -  1A는 1 coulomb/sec
    - 고체(전기도선과 같은 )에서는 주로 전자들의 이동을 말한다.
    - 유체(액체나 기체)에서는 전자뿐만 아니라 이온(음이온, 양이온)의 이동도 의미한다

* 전압(V) : 두지점의 전위차를 말하며 전하를 흐르게 하는 힘(기전력)
    - 포텐셜(Potential), 기전력(Electromotive focrce, EMF)
    - 단위는 볼트[V] 이다.
    - 1볼트는 1Coulomb의 전하를 1Joule의 에너지를 갖도록 이동시키는데 필요한 전위차
    - 전압강하(voltage drop) : 전하가 a점에서 b점까지 이동하면서 에너지를 잃는 경우, a점의 전위는 b점의 전위보다 높다. 이때 a로부터 b로 전압강하가 발생하였다고 함
    - 직류, DCV(Direct current Voltage) :  화학적이거나 광화학적인 방법으로 일정한 전위차를 지속시키는 전지에 의해 연속적으로 공급을 받으므로 전압을 일정하게 유지
    - 교류, ACV(Alternating current Voltage) : 발전기를 이용한 유도 전기로서 주기적으로 전압이 변화하기 때문에 평균 전압으로 나타낸다

*  전력 (Electric Power)(P) = V x I (단위 W=Joule/Sec),
    - 전기의 단위 시간당의 일의 양
    - 동력학(일률) : P = 힘 x 거리/시간 = 힘x속도
    - 1 hp(horsepower) = 746W , 일반적
    - 1 PS(미터법이 적용된 프랑스 단위) : 1초 동안 질량 75kg의 물체를 1m 들어올리는 일률
    - 1W = 0.00136PS = 0.86kcal/h
    - 밥한공기 = 300kcal, 하루 필요 칼로리 = 2000kcal/d( = 96W/h)

* 역율
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=kosh9767&logNo=140114927128
전력은 본래 유효전력+무효전력이지만 통상적으로 무효전력은 무시하고
유효전력만을 가지고 전력이라고 한다. (전력 = 전압×전류 = 무효전력+유효전력 ≒ 유효전력)
따라서, 역율은 실제 일을 하는 유효전력에 비해 일을 하지도 않고 소모만 되는
무효전력이 얼마나 적게 차지하는가의 비율을 말한다.
○ 실제 역율 계산식 = (유효전력/√(유효전력² +무효전력²)) ×100(%)
  ∴ 역율90% (기준역율) ≒ 유효전력68% + 무효전력32%
    (☞ 무효전력 비율이 32%를 초과할 경우 기준역율 미달)

* 전력량 (Electric Energy)
   - 어느 시간내에 일을 한 전기에너지의 총량

* 전속 (Electric Flux)
   - 전기력선의 집합을 말하며, 단위 면적을 직각으로 관통하는 전기력선의 수를 전속밀도라 함.

* 저항(, Resistance)
    - 도선의 길이에 비례, 단면적에 반비례
    - 비저항 : 물질이 전류의 흐름에 얼마나 세게 맞서는지를 측정한 물리량, 전도도의 역수
        같은 물질이라면 물체의 크기에 상관없이 같은 값을 가짐
    - 온도와의 관계
        - 도체는 온도에 비례
        - 반도체와 부도체는 온도에 반비례

    - 건전지 내부저항 측정
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=tommyjenny1&logNo=10077344941&redirect=Dlog&widgetTypeCall=true

* 임피던스 ( Impedance )
    - 임피던스는 코일이나 콘덴서의 저항
    - 주파수에 따라 변함


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참고자료
http://dasan.sejong.ac.kr/~kwgwak/postings/Electric%20Eng/EE_chapter7_2009_student.pdf

EE_chapter7_2009_student.pdf

자기, 자화

전기기계 기본원리 - 전동기(모터), 발전기, 변압기, 유도가열, 스피커, 마이크, 자기테이프, 계전기, 솔레노이드

전자기파

* 전자기 유도

    전자기 유도(電磁氣誘導)는 자기장이 변하는 곳에 있는 도체에 전위차(전압)가 발생하는 현상
    - 패러데이 법칙 : 유도 전류는 전선이 감긴 횟수, 자기장의 세기에 비례
    - 자기 선속의 변화율
    - 렌츠의 법칙 : 유도 기전력의 방향 = 자속의 변화를 방해하려는 방향으로 발생

  ㅇ 유도 기전력 구분
     - 변환 기전력(transformer emf)
        . 자속 자체가 시간에 따라 변화 (변화하는 자계에 의해 기전력 발생)
     - 운동 기전력(motional emf)
        . 일정한 자속에서 도체가 움직임 (쇄교면적이 시간에 따라 변화하며 기전력 발생)

* 플레밍 법칙

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=hmr1026&logNo=60031537660
플레밍을 왼손 법칙 : 전동기의 원리
플레밍의 오른손법칙 : 발전기의 원리

* 솔레노이드에서 전기와 자기장의 방향
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=chokg8221&logNo=29768692

* 자기장
http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/electromagnetic/magnetic/mfield/mfield.html
    로렌츠의 힘의 법칙
    플레밍의 왼손법칙
    전동기
    자기장에 대한 오른손 법칙
    두 평행도선 사이의 자기력
    원형 도선의 자기장


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* 발전기

전동기, 발전기, 변압기의 원리
http://blog.daum.net/parkjikseo/39



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* 모터
https://t1.daumcdn.net/cfile/tistory/17472D0D4C2945886D
DC_모터,_AC_모터,_스테핑모터의이해-sin2925(1).pdf

DC_모터,_AC_모터,_스테핑모터의이해-sin2925.pdf

DC모터
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=shkwon44&logNo=80109760488

* DC Motor 정의
: 고정자로 영구자석을 사용하고, 회전자(전기자)로 코일을 사용하여 구성한 것으로,  
  전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발, 흡인력으로 회전력을 생성
  시키는 모터이다.

   

 

* DC Motor 원리

: 정류자를 통하여 그림과 같이 전류를 흘리게 되면 플레밍의 법칙에 의해 전기자 코일이 회전하게 된다.

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* 스피커
http://www.enjoyaudio.com/study/speaker/speak-mech.html
http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%8A%A4%ED%94%BC%EC%BB%A4
http://blog.daum.net/jbc21/17282295

    - 원리 : 스피커의 갭에는 영구자석에 의한 자력선이 형성, 갭에 설치되는 보이스코일에 전류를 흘리면 로렌쯔의 힘이라 불리우는 힘이 발생
    - 스피커 종류 : 무빙코일(moving coil)
        -  정전형(electrostatic) , 리본(ribbon) , 압전형(piezoelectric) 스피커, 박막형
    - 박스에 조립하지 않은 상태의 스피커를 스피커 유니트(unit), 혹은 드라이버(driver)
    - 무빙코일 스피커는 그림과 같이 영구자석을 링으로 구성하고 자석의 상, 하에 각각 프론트 플레이트, 백플레이트를 설치하여 폴피스와 함께 자기회로를 구성한다. 폴피스와 프론트 플레이트의 사이에 간격을 만들어 갭(gap)이 형성되는데, 이곳에 보빈에 감은 보이스코일을 설치하고 이를 지지하기 위하여 스파이더(spider)를 사용한다. 진동면적을 넓혀 효율을 높이기 위하여 진동판을 보빈에 접착하며 진동판은 스피커 프레임에 유연한 재료의 에지(edge)를 사용하여 지지한다. 진동판 가운데 부분에는 dust cap이라는 뚜껑을 씌우며, 진동판 형상 및 dust cap의 형상은 고음에서의 지향성, 분할진동의 발생 등을 결정하는 요소가 된다. 한편 그림에서 자석과 폴피스의 위치가 바뀌어 폴피스 위치에 영구자석이 설치되고 자석 위치에 플레이트 링이 설치되는 경우도 있다

- 구조
    - 엣지 (edge): 콘 페이퍼를 잘 떨리게 하는 것으로 유닛에서 중요한 곳이다. 이전에 종이가 쓰였으나 지금은 고무, 합성수지의 엣지를 쓴다.
    - 개스킷 (gasket): 엣지와 프레임 사이 있으며, 엣지가 유닛에서 벗어나지 않게 고정시켜 준다.
    - 진동판 (콘, 콘 페이퍼)(cone): 콘 종이가 떨려서 공기가 진동을 하여 소리가 난다. 습기의 취약성을 막기 위해 금속판이나 합성재료가 쓰인다.
    - 프레임 (frame): 스피커 유닛의 골격으로, 유닛을 고정시킨다.
    - 캡 (cap): 스피커에 들어가는 이물질을 막는다.
    - 댐퍼 (damper): 진동판과 보이스코일 사이에 있으며 진동판의 진동을 조절한다.
    - 보이스 코일 (voice coil): 음성 신호를 받아 진동판에 전달한다. 밀도가 높을수록 품질이 좋다.
    - 자석 (magnet): 보이스 코일이 위아래로 움직이도록 도와 준다. 음의 압력과 진동에 영향을 미친다.
    - 플레이트 (plate): 자력이 통하게 한다.


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* 마이크

http://blog.daum.net/sfduck/17923012
http://mikereview.org/?p=879

    - 다이내믹 마이크 : 다이어프램(Diaphragm, 진동판)이 보이스코일과 연결됨
    음압에 따라 코일이 자석주쥐를 움직여 유도 전류 발생
        - 보이스코일의 임피던스는 수옴에서 수백옴 정도로 낮기 때문에 대개는 변압기(매칭트랜스)를 내장시켜 출력임피던스를 다소 높게 하고 있습니다.

    - 콘덴서 마이크 :
1) 정전형 콘덴서마이크
    - 진동판과 뒷 격판 사이에 48V 이상의 높은 전압을 가해야 동작
    - 진동판과 고정판을 0.01-0.06mm 정도의 간격으로 마주한채 콘덴서(전하저장) 형성
        이 콘덴서에는 대단히 높은 저항을 통해서 직류 전압이 가해지고 있습니다.
        소리에 의해 진동판이 움직이면 콘덴서의 용량이 변하므로 이 전압도 변화 이것을 신호로 추출
    - 신호 추출을 위해서는 수십메가옴의 높은 부하 저항이 필요한데, 이때 이것은 고저항이기 때문에 최단거리에서 헤드 앰프에 음성을 넣어주지 않으면 도중에 잡음을 받아들이게 됩니다.
    - 마이크론폰과 같은 케이스 속에 장치되는 제 1단 증폭기를 헤드 앰프라고 하는데, 입력 입피던스가 높은 FET를 사용한 헤드 앰프로 음성을 증폭하면, 출력측에서는 정합용 트랜스를 사용하여 임피던스를 낮추어 코드로 음성 신호를 보내게 됩니다.
    - 감도가 좋지만, 충격과 피드백에 약함
    - Neumann U87AI, AKG C414, Audio-technica AT4040SM…등

2) 일렉트릭형 콘덴서 마이크
    - 일렉트릭효과 라고 불리는 영구적인 정전 유지현상을 이용하면 높은 전압을 유지하지 않고도 마이크를 동작
    - 진동판을 다른 프라스틱 화합물로 만들고 강한 전자파를 쐬어서 대전화를 시켰기 때문에 따로 충전을 위한 전원이 필요하지 않고 단지 1.5V, 9V 사이의 전원이 프리앰프를 위해 필요
    - 소형화 유리, 내구성 좋음,  감도가 떨어짐
    -Shure  BETA 87A , Shure PG81, Mass cm400, OST 606, MOZ C705…등


    - 임피던스
프로스튜디오에서는 저 임피던스 마이크로폰을 표준으로 사용한다. 고 임피던스 마이크로폰은 자체 성능보다도 케이블의 길이가 짧아져야하는 단점이 있기 때문에 거의 사용하지 않는다. 고 임피던스 마이크로폰은 케이블이 길수록 높은 주파수의 출력레벨이 떨어진다. 이에 반해 저 임피던스 마이크로폰은 케이블길이에 관계없이 높은 주파수의 출력레벨이 감소하지 않는다. 설혹 감소하는 주파수가 있더라도 그것은 가청범위 밖의 주파수이다. 임피던스가 150Ω에서 600Ω 사이이면 저 임피던스 마이크로폰이고 25000Ω 이상이면 고 임피던스 마이크로폰에 속한다.