1주차 : 전기전자 기초 이해_241027(일)

- 전기란? 

물질 안에 있는 전자 또는 공간에 있는 자유 전자나 이온들의 움직임 때문에 생기는 에너지의 한 형태

 

- 직류(DC)

시간의 경과에 따라 전압이 변화되지 않은 전류

 

- 교류(AC)

시간의 경과와 함께 일정한 주기를 갖고 그 크기와 방향을 바꾸는 전류

 

 

 

ex)

 

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전압 (전위차) : 전기적인 높이, 즉, 전기적인 압력

- 도체에 흐르는 전류 모형

높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 모양

기전력 : 전위차를 발생시키는 힘

전원 : 기전력을 발생시켜 전류를 흐르게 하는 근원이 되는 것

 

 

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전류 : 전자의 이동 및 흐름

 

 

 

- 전류의 3대 작용

1. 발열 작용 : 도체에 전류가 흐를 때 저항에 의해 열이 발생 (ex. 자동차의 시트 열선, 예열 플러그, 전구)

2. 자기 작용 : 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키고, 반대의 작용도 가능 (ex. 기동전동기, 발전기, 솔레노이드, 릴레이)

3. 화학 작용 : 전류가 도체 속에 흐를 때, 화학 작용 및 전기 분해 (ex. 배터리, 삼원 촉매, 산소센서)

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저항 : 물질에 전류가 흐를 수 있는 정도

- 저항의 종류

권선 저항, 금속 피막 저항, 산화 금속 피막 저항, 탄소체 저항, 시멘트 저항 등

 

- 옴의 법칙

도체의 두 지점 사이에 나타나는 전위차에 의해 흐르는 전류가 일정한 법칙에 따르는 것

두 지점 사이의 도체에 일정한 전위차가 존재할 때, 도체의 저항의 크기와 전류의 크기는 반비례

 

- 저항의 직렬 연결

저항의 개수가 많아질수록 총 저항값이 증가

 

- 저항의 병렬 연결

저항의 개수가 많아질수록 총 저항값이 감소

자동차 전조등에서 전구를 병렬로 추가할 때, 배선의 총 저항 감소 및 전류 증가

따라서 배선의 규격 및 퓨즈의 용량을 재설계하지 않는다면 퓨즈가 끊어지거나 배선에 화재가 발생할 수 있으니 주의 필요

 

 

- 키르히호프 제1법칙

임의의 회로망에서 어떤 회로망의 접촉명 C 부분에 유입되는 전류의 합은 유출되는 전류의 합과 같다는 법칙

 

- 키르히호프 제2법칙

임의의 회로망의 폐회로에서 각 부품에 걸리는 전압을 일정 방향으로 합쳐 나가면 그 총합은 '0'이 된다는 법칙

 

 

 

- 줄의 법칙

어떤 도체에 전류가 흐르면 열이 발생하는 것

저항 R인 도체에 전류 I를 흘릴 때, 전류에 의해서 단위시간당 발생하는 열량은 도체의 저항과 전류의 제곱에 비례하는 법칙

니켈과 크롬 합금(니크롬 합금)은 저항이 커서 전류가 흐르기 어렵고 따라서 열이 많이 발생하기에 자동차 시트의 열선은 대부분 이 니크롬으로 제작

 

 

 

- 전력 (기호 : P, 단위 : W)

1초 동안 전기가 하는 일의 양

전력 (P) = 전압 x 전류

전력 계산식

 

- 전력량 (기호 : W, 단위 : Wh) 

전력 x 시간

일정한 시간 동안 전기가 하는 일의 양 

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전기 회로

- 단선회로

배선이 끊어져 있기에 전류가 흐르지 못해 시스템이 작동하지 않음

 

 

- 단락회로

(+)배선과 (-)배선이 회로의 저항을 통하지 않은 상태로 연결되어 있기에 배선에 무한대의 전류가 흐르게 되어 화재가 발생할 수 있음

회로에 퓨즈를 설치하여 아주 큰 전류가 흐를 때 퓨즈가 끊어지게 되면서 회로를 보호할 수 있게 구성

2개의 배선이 접촉하고 있어 의도대로 전기회로 동작 X

 

 

- 앙페르의 오른손 법칙

 

 

- 전자 유도 작용

 

- 자기 및 상호 유도 작용

절연되어 있으며 유도 작용이 생기기 쉬운 위치에 놓인 코일 상호간에 작용하는 전자유도 작용

A코일과 B코일 2개를 가까이 정렬시켜 A코일에 흐르는 전류를 스위치로 단속시키면 B코일에 기전력이 생성

 

 

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전기전자 소자

 

- 다이오드

전류를 한 쪽 방향으로만 흐르게 하는 반도체 부품 (반대로 전원을 연결했을 때, 전류가 흐르지 않게 해주는 역할)

전원 장치에서 교류 전류를 직류 전류로 바꾸는 정류기로서의 용도

라디오의 고주파에서 신호를 꺼내는 검파 용도

전류의 ON/OFF를 제어하는 스위칭 용도 등 매우 광범위하게 사용

 

 

- 트랜지스터 (TR)

N형 반도체와 P형 반도체를 PNP/NPN 형태로 접합한 구조의 소자

전류의 흐름 등을 조절할 수 있도록 만든 소자

증폭 작용, 스위칭 작용의 역할

자동차에서는 트랜지스터가 스위칭 작용의 역할을 대부분 수행

 

 

 

- LED 다이오드 (발광 다이오드)

일반 다이오드처럼 순방향으로만 전류가 흐르고, 스스로 빛을 내는 특성을 지닌 반도체

수 mA에서 작동하는 반도체이므로 과도한 전류가 흐르지 않도록 하기 위한 전류 제한용 저항을 반드시 사용해야만 함

전기에너지를 빛에너지로 변환시켜주는 '광반도체'

양(+)의 전기적 성질을 지는 P형 반도체와 음(-)의 전기적 성질을 지닌 N형 반도체의 이종 접합 구조

N층의 전자가 P층으로 이동해 정공과 결합하면서 에너지를 발산 (주로 열이나 빛의 형태로 발산)