1. 전기
V(볼트)= 전압
-> 전기를 흐르게 하는 압력
전위 : 전기의 높이. 물의 높이인 수위차랑 동일함.
-> 전압 = 두 지점 사이의 전위 차
A(암페어)= 전류
-> 전선 속에 매초 동안 흐르는 전기의 양(= 수량)
W(와트)=소비 전력
-> 1초 동안 흐르는 전력
전력(W) = 전압(V) x 전류(A)
kWh(키로와트시) = 전력량
1200w 짜리 기구를 두시간 쓴다면 2.4kwh 사용
전기의 어원
그리스어로 호박을 electron이라 하는데
전기 electricity의 어원이 됨.
전기?
전기는 모든 물질에 존재하며
모든 물질은 원자로 구성
원자는 중심에 원자핵과 주변에 전자가 존재.
=> 전자의 움직임 = 전기
원자핵=양성자+중성자
주변을 도는 전자는 -성질을 가짐
* 보통 원자는 양성자 수 = 전자수 이므로 전기적으로 중성
but 열이나 빛을 외부로부터 받으면 전자가 원자밖으로 나가게됨 => 자유전자
-> 원자의 -가 줄어 전기적으로 +가 됨.(양 전하)
-> 자유 전자는 다른 원자에 붙어 그 원자는 -가 됨(음 전하)
=> 이와 같이 원자가 전기적 성질을 띄는 것을 대전이라고 함.
* 전기적으로 +/- 에너지를 가진 것을 전하라고 함.
정전기력/쿨롱힘
전하는 같은 극끼리 반발하지만 다른 극끼리 당기는 성질
이 힘을 정전기력/쿨롱힘이라 한다
* 전하가 전기적 성질을 띈 상태에서 이동하지 않는 것을 정전기라 함.
물질
도체 : 전기가 통하는 것
부도체 : 전기 안통하는 것
반도체 : 중간
방전
-전자가 +로 이동해서 대전 상태가 사라지는 것을 방전이라 한다.
ex) 번개(구름의 알갱이가 마찰하여 정전기 발생 -> 전압 상승 -> 지상으로 방전)
전류
전하가 연속적으로 이동하는 현상 -> 전기가 흐른다.
* 전자의 방향과 전류의 방향은 반대
2. 전기 회로
전기 회로
전기가 지나가는 통로
기전력/전원전압
전원이 가진 전압
부하
전기에너지를 빛/열에너지로 변환하는 일(저항)
건전지(직류) : 전류의 방향과 세기가 일정
-> 직류가 흐르는 회로를 직류회로
콘세트(교류) : 초당 60번 방향과 세기가 변함
3. 전기가 하는일
열진동
- 원자는 항상 진동
절대 0도
- 열진동이 없을때 온도
열 발생
- 원자의 진동 -> 전자가 충돌 -> 열 발생 + 전기 저항 증가
자기력선
- N극에서 S극을 향함
지자기
- 지구의 자기력
자기력선 발생
- 전선에 전류가 흐를때 자기력선 발생.
- 전류의 진행방향에서 오른쪽으로 회전하는 방향(앙페르의 오른나사법칙)
플레밍의 왼손 법칙
- 검지 : 자기력선 방향
- 중지 : 전류 방향
- 엄지 : 도체가 움직이는 방향
=> S극과 N각 사이에 놓은 도체에 전류를 흘리면 도체는 위로 움직이게 된다.(직류 모터)
직류 모터
1. 플레밍의 왼손 법칙에 따라 위로 움직이므로 코일이 수직이 됨
2. 코일이 수직이 되면 (+)와 (-)가 바뀌므로 같은 방향으로 계속 회전
플레밍의 오른손 법칙
- 자석의 N극에서 S극으로 향하는 자기력선을 가로지르는 도체를 움직임
- 기전력 발생 -> 전류 흐름
- 중지 : 전류 흐름
- 검지 : 자기력선 방향
- 엄지 : 도체의 운동방향
=> 발전기
4. 전기 만드는 방법
- 전기는 플레밍의 오른손 법칙에 따라 만듬
- 그러나 전선이 자기력선 내에서 회전하므로
시간에 따라 크기와 발향이 물결 모양으로 반복하는 전기가 생성(기전력)
- 90도 지점에서 기전력이 최대
- 180도에서 기전력이 0
- 270에서 기전력이 -로 최대
- 360도에서 0
* 전선이 매초 60회 회전할경우 60hz의 전기가 발생
전지
- 화학 전지 : 화학 반응 이용
- 1차 전지 : 충전/재사용 불가 - 망간/알칼리/리튬
- 2차 전지 : 충전/재사용 가능 - 납축전지/리켈-수소 2차전지/리튬이온 2차전지
- 연료 전지
- 물리 전지 : 빛/열 에너지
- 태양전지/열기전력전지
볼타 전지
- 아연판/구리판/묽은황산(전해질)로 구성
1. 아연 원자가 아연판에 전자만 남기고 아연이온이 황산에 녹음
2. 아연판의 전자가 구리가 이동
3. 아연 이온이 나타나면 묽은 황산의 수소 이온은 구리판으로 이동한 전자와 만나 수소가스로 변함
4. 다시 아연판의 전자가 구리판으로 이동
건전지의 구성
1. +극 물질
2. -극 물질
3. 전해질
발전 원리
1. 수력 발전 : 물의 위치 에너지로 수차를 돌려 발전기를 회전
2. 화력 발전 : 석유/석탄 등을 연소 -> 물을 증기로 전환 -> 터빈을 돌려 발전기 회전
3. 원자력 발전 : 핵물질이 분열할때 열 발생 -> 물을 증기로 전환 -> 터빈을 돌려 발전기 회전
5. 반도체 소자
반도체
- 도체와 부도체의 중간 성질을 가진 물질
ex) 실리콘, 게르마늄
반도체 소자
- 반도체로 만든 다이오드나 트랜지스터 등의 부품
비고유 반도체
- 실리콘이나 게르마늄에 불순물을 첨가한 것
고유 반도체
- 반도체에 불순물을 첨가하지 않은 것
실리콘
- 실리콘은 가장 바깥에 4개의 가전자를 가짐
-> 각 원자가 4개를 서로 공유한채 연결
-> 자유전자가 없어 전기가 통하지 않음
N형 반도체
- 실리콘에 인(가전자 5개)를 약간 넣음
-> 인과 실리콘이 결합
-> 인이 가진 가전자 1개가 나옴(자유 전자)
-> N형 반도체
P형 반도체
- 실리콘에 붕소(가전자 3개) 첨가
-> 실리콘과 붕소가 결합
-> 전자가 1개가 부족하므로 빈자리(양공)이 생김
-> +전하를 띈 자유전자 역활을 함
다이오드
- P형 반도체와 N형 반도체를 결합 -> PN접합 구조 -> 다이오드
- 양극(아노드) : P형 반도체의 전극
- 음극(캐소드) : N형 반도체의 전극
- 정류 작용 : 전류를 한 방향으로 흐르게만 함.
정류 작용
1. PN 접합의 접합부에 P형 반도체의 양공으로 N형 반도체의 자유전자가 이동
2. 중간에 양공과 자유전자가 존재하지 않는 부분(전위 방벽)이 발생
3. 양공과 자유전자의 이동을 막음
역방향 바이어스
- 다이오드 양극에 건전지의 -극 연결
- 다이오드 음극에 건전지 +극 연결
1. P형 반도체의 양공과 N형 반도체의 양극은 각각의 전극에 끌려감
2. 전위 장벽이 커짐
3. 전류가 거의 흐르지 않음
순방향 바이어스
- 다이오드 양극에 건전지 +극 연결
- 다이오드 음극에 건전지 -극 연결
1. N형 반도체의 자유전자가 건전지 -극에서 나온 전자에 밀림
2. 전위 장벽을 넘어 양극으로 이동
3. P형 반도체의 양공도 -로 끌려와 N형으로 이동
4. 전기가 흐름
발광 다이오드
- PN 접합부에 전자와 양공이 결합해 소멸
-> 에너지가 빛이 되어 방출
트랜지스터
- 전극에 가해진 전압이나 전류를 제어하여 신호를 증폭하거나 스위치 역활을 함
ex) NPN형, PNP형
- B : 베이스, C : 컬렉터, E : 에미터 세 전극으로 구성
NPN형 트랜지스터 - 전류가 안흐르는 경우
1. 컬렉터를 전지 +과 연결하고, 에미터를 전지 -극과 연결하는 경우
- 컬렉터의 전자는 +극 방향으로 모임
- 에미터의 전자는 -극에 밀려 베이스-에미터 접합면으로 모임
2. 베이스의 양공은 컬렉터의 +와 에미터의 - 힘으로 에미터 접합면으로 모임
3. 베이스-에미터 접합면에 전자나 양공이 없어짐
4. 전류가 흐르지 않음
NPN형 트랜지스터 - 전류가 흐르는 경우
1. 위 상태에서 추가 전지 +극과 베이스를 연결하고, -극을 에미터에 연결
2. 추가된 전자가 베이스에서 이미터로 이동
3. 일부는 베이스 안의 양공과 결합하나 나머지는 베이스-컬렉터 접합면의 근처로 넘어가 +극으로 흘러감
* 베이스 전류 : 베이스에서 에미터로 흐르는 전류
* 컬렉터 전류 : 베이스 전류가 흐르면서 컬렉터에서 에미터로 흐르는 전류
* 컬렉터 전류 > 베이스 전류 - 약간의 베이스 전류로 컬렉터 전류를 제어
=> 작은 전류로 큰 전류를 제어 가능
트랜지스터의 장점
- 스위치와 달리 물리적인 접점이 없어 고장나지 않음
- 빠르고 정밀한 제어 가능.