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각 판의 표면과 절연체의 경계 부분에 전하가 비축되고, 양 표면에 모이는 전하량의 크기는 같지만 부호는 반대이다. 즉, 두 도체판 사이에 전압을 걸면 음극에는 (-) 전하가, 양극에는 (+) 전하가 유도되는데, 이로 인해 전기적 인력이 발생하게 된다.
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콘덴서에 대한 설명. 이번 강의에서는 콘덴서가 어떻게 작동되는지, 콘덴서가 어디에 사용되는지, 왜 콘덴서가 사용되는지, 또 콘덴서의 다양한 종류에 대해 살펴볼 것입니다. 역률과 풀 브리지 정류기에서 교류를 직류로 변환하는 콘덴서에 대해서도 살펴볼 것입니다. 다음 사이트에서 더 많은 정보를 확인할 수 있습니다. https://www.theengineeringmindset.com
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다이오드 설명: 👉 https://youtu.be/RI3uH0eo6ek
공학적인 사고방식: 👉 https://youtu.be/gUivTtU1TcU
전압 설명 (영어) : 👉 https://youtu.be/w82aSjLuD_8
역률 설명 (영어): 👉 https://youtu.be/Tv_7XWf96gg
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콘덴서
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콘덴서란 무엇일까? [캐패시터 / 축전기] 구조 및 작동 원리
콘덴서 혹은 커패시터(캐패시터) 축전기라고도 불리는 이 부품에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 우선 콘덴서가 어떻게 생겼냐 하면 아래 그림을 …
Source: cheungjae.tistory.com
Date Published: 5/11/2022
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콘덴서 & 커패시터 원리 및 구조 (축전기 / 직류 / 교류 / 전극판 …
콘덴서 & 커패시터 개념 및 원리. . – 콘덴서(Condenser) 또는 커패시터(Capacitor)는 전기를 저장하거나 방전할 수 있는 장치로 축전기로도 불림.
Source: blog.naver.com
Date Published: 6/19/2022
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축전기(capacitor)의 정의와 원리 – 생각하는 공대생
축전기 또는 커패시터(capacitor)란 이러한 원리를 이용하여 전하를 저장하는 장치로써, 일반적으로 두개의 극판(conductive plate)이 있고 그 사이에 …
Source: allgo77.tistory.com
Date Published: 10/10/2021
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축전기 – 나무위키
[11] 정전용량 무접점 방식 키보드는 커패시터의 원리를 이용해서 만든 물건이다. DRAM과 콘덴서 마이크도 마찬가지.Source: namu.wiki
Date Published: 8/18/2022
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콘덴서의 구조와 원리 – 무료 나눔 정보 – 데이터바우처지원사업
콘덴서란 전기를 저장할 수 있는 장치, 우리말로는 “축전기”라고 하고 영어로는“CAPACITOR”라고 한다.콘덴서의 기본구조는 유전체와 전극이다. 학교에서 배우는 평판콘덴서 …
Source: m.cafe.daum.net
Date Published: 6/16/2021
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콘덴서와 코일 – 다양한 역할을 가진 전자회로의 기본 부품
콘덴서의 가장 알려진 작용은, 전압을 가하면 충전되고 부하를 연결하면 방전을 하는 성질입니다. 이러한 작용에 의해 전압이 변동하는 경우에는 그 변화 …
Source: perfectmoment.tistory.com
Date Published: 9/29/2022
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축전기(capacitor/condensor) – 코코아팹
반대로, 축전기(캐패시터/콘덴서)는 유전체를 통하여 전기장을 만들어 전기를 저장하는 원리입니다. 2. 축전기(캐패시터)의 정의. 캐패시터(Capacitor)는 …
Source: kocoafab.cc
Date Published: 8/23/2022
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캐패시터의 동작원리 알아보기
그래서 전하량에 전압을 나누면 일정 상수가 나오고 그것을 캐패시턴스라고 정의합니다. 2. 캐패시터의 전하 축적 원리. 처음 전원을 연결하기 전에는 …
Source: k96-ozon.tistory.com
Date Published: 2/22/2022
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- Author: 공학적인 사고방식
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- Date Published: 2020. 3. 10.
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[전자회로 입문 4] 콘덴서 원리 완벽 이해
안녕하세요.
Edward입니다.
이번에는 콘덴서(캐패시터)에 대해서 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.
이 내용은 전자회로 입문을 위해 필요한 지식을 공유하기 위해 제작된 포스팅입니다.
이전 포스팅은 “저항”에 대한 설명으로 아래 링크를 참고해주세요!
[전자회로 입문 1] 저항 완벽 이해콘덴서(Capacitor)란?!
축전기(capacitor 커패시터) 또는 콘덴서(condenser)란 전기 회로에서 전기 용량을 전기적 퍼텐셜 에너지로 저장하는 장치이다. 축전기 내부는 두 도체판이 떨어져 있는 구조로 되어 있고, 사이에는 보통 절연체가 들어간다. 각 판의 표면과 절연체의 경계 부분에 전하가 비축되고, 양 표면에 모이는 전하량의 크기는 같지만 부호는 반대이다. 즉, 두 도체판 사이에 전압을 걸면 음극에는 (-) 전하가, 양극에는 (+) 전하가 유도되는데, 이로 인해 전기적 인력이 발생하게 된다. 이 인력에 의하여 전하들이 모여있게 되므로 에너지가 저장된다.
– 출처 위키백과
위 내용과 같이 캐패시터 혹은 콘덴서라 불리는 소자는 전기 에너지를 저장하는 장치입니다. (이하 콘덴서라 부르겠음.)
아래 이미지를 참조해서 간단하게 설명하면 “2장의 금속판을 마주 보게 한 소자”입니다.
이런 금속판 사이에는 공기뿐일 수도 있고, 절연체 혹은 유전체가 들어갈 수도 있습니다.
흔히 사용하는 전해 캐패시터의 경우에는 금속판 사이에 유전체가 들어가 있습니다^^
콘덴서(Capacitor) 구조와 심볼
콘덴서의 동작 설명
콘덴서 동작의 중요 포인트는 금속판 사이에 있는 유전체, 절연체, 공기가 아닙니다.
가장 중요 포인트는 “금속판 자체”입니다.
실제 전기는 판과 판 사이의 공간에 모이는 것이 아닙니다. 공간에는 일종의 힘이 작용할 뿐이며,
전기가 모이는 곳은 금속판 그 자체입니다.
콘덴서 동작 설명
위 이미지를 참조하면 콘덴서의 동작에 대해 이해하기 쉬울 거예요!
우선 <그림 a>는 스위치가 “OFF”가 되어 있습니다. 이래서는 전기가 흐르지 않겠죠??
만약, 이 스위치를 “ON”하면, <그림 b>와 같이 전류가 흐릅니다. “다만 한 순간 동안만 입니다.”
콘덴서가 망가져서 Short(단락)이 되었다면 모를까,
정상적인 상태라면 2장의 금속판이 절연체를 사이에 두고 마주 보고 있을 뿐이므로 전류가 흐르지 않습니다.
** 여기서부터가 중요합니다. **
위 회로의 전지(전원)의 +에서 나온 전기는 콘덴서의 위쪽 금속판에 +로 가득 채웁니다.
마찬가지로 전지(전원)의 -에서 나온 전기가 콘덴서의 아래쪽 금속판에 -로 가득 채웁니다.
이 전기를 채우는 데에 걸리는 시간만큼 전류가 흐르는 것입니다.(콘덴서에 전기가 모인다.)
이때 콘덴서에 전류가 한순간 동안만 흐른다고 합니다.
그래서 콘덴서에 전기가 다 모이면 전기는 더 이상 어디로도 갈 수 없기 때문에, 전류는 흐르지 않게 됩니다.
이 상태에서 <그림 c>와 같이 다시 스위치를 OFF 합니다. 이때 전지와 콘덴서는 분리됩니다.
전지가 분리되어도 콘덴서의 전극에 전기는 계속 존재합니다. 회로상 어디로도 갈 수 없다고도 볼 수 있지만,
정확하게는 +와 -가 끌어당기는 힘이 금속판 사이에 작용해서 전기가 그대로 머물게 됩니다.
자, 그래서 콘덴서에 대해 좀 더 다양하게 설명하면 다음과 같아요.
1. 전기가 모이는 걸 “충전”이라고 한다.
2. 금속판의 면적이 클수록 많은 전기가 모인다.
3. 충전할 수 있는 전기의 양을 콘덴서의 “용량”이라고 한다. (즉, 콘덴서 용량은 금속판 크기에 비례!)
4. 금속판의 간격이 좁을수록 용량이 커짐. (금속판 사이가 좁으면 +와 -가 서로 끄는 힘이 강해짐)
5. 금속판 사이에 어떤 절연체를 사용하냐에 따라 용량이 변함. (절연성이 높을수록 용량이 커짐)
콘덴서의 역할
콘덴서의 역할은 “충전”과 “방전”을 반복하는 단순한 소자일 뿐입니다.
위에서 전기가 모이는 것이 “충전”이라고 했죠?? 그렇다면 반대로 전기를 소모하는 것이 “방전”이라고 합니다.
실제로 우리가 알고 있는 디커플링 콘덴서, 바이패스 콘덴서 등 여러 용어들은 콘덴서의 기본 역할인 “충전”과 “방전”을 응용한 것입니다.
그러니 이 기본만 제대로 이해하고 있다면 콘덴서를 확실하게 이해할 수 있습니다!
자, 지금까지 내용을 보면, DC(직류)에 관한 콘덴서의 내용을 설명했습니다.
그렇다면 교류는 어떻게 될까요?? “진짜 콘덴서는 교류를 통과시킬까요??”
콘덴서 동작 설명
<그림 a>는 콘덴서가 완전 충전이 된 상태입니다. 이 상태에서 전지를 거꾸로 연결하면 어떻게 될까요??
극성이 반대로 인가되겠죠. 여기서 가장 중요한 것이 전류 방향입니다.
전지를 거꾸로 뒤집으면서 콘덴서 위쪽은 + 전기가 -측으로 흐릅니다. 마찬가지로 콘덴서 아래쪽도 + 전기가 -측으로 흐릅니다.
하지만 방향은 반대로 흐르죠???!! 그리고 다시 <그림 c>처럼 전지를 원래 방향대로 돌려놓으면, 전류 방향이 다시 반대로 흐릅니다.
이 것이 교류(AC)에서의 콘덴서 동작입니다. 결국 “충전”과 “방전”을 번갈아 가면서 하는 것이죠!!
그래서 이 전지를 거꾸로 뒤집고, 원 위치시키는 작업을 반복적으로 하게 된다면, “충전”과 “방전”이 반복되면서 마치 전기에너지가 통과하는 것처럼 동작하게 되는 것을 볼 수 있을 거예요.
이렇게 반복적으로 전지를 바꾸는 것을 교류라고 하고, 이를 주파수라고도 표현합니다.
마지막으로 중요한 팁 전달드릴게요~
“콘덴서는 전압을 충전해서 전류를 출력하는 소자”입니다.
이거 굉장히 중요한 내용이에요! 별 5개짜리!!
이 내용을 정확하게 이해한다면 추후 회로 설계나 분석할 때 많은 도움이 됩니다.
필자는 이 내용 하나를 이해하기 위해서 5여 가지의 제품을 만들었습니다.
그리고 나중에 인덕터라는 소자도 설명드릴 텐데요.
인덕터란 소자는 “전류를 충전해서 전압을 출력하는 소자”입니다.
콘덴서의 내용은 정말 너무나도 많습니다.
그래서 1편과 2편으로 나뉘어 있습니다.
다음 시간에는 2편에서 콘덴서의 주요 내용을 이어서 설명하겠습니다.
감사합니다 ^^
송도방랑객의 엔지니어링 공부방
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콘덴서 혹은 커패시터(캐패시터) 축전기라고도 불리는 이 부품에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
우선 콘덴서가 어떻게 생겼냐 하면 아래 그림을 보시죠
그림처럼 도체 사이에 유전체가 들어있네요!
그럼 이제 사전적인 정의를 찾아보도록 하겠습니다.
위에 보시는 것처럼 콘덴서는 교류 전기만 흐르도록 하고
또 일시적으로 전하(전기)를 저장하기도 합니다.
그렇다면 어떤 방식으로 이런 작동이 이루어 지는지 보도록 하겠습니다.
콘덴서는 기본적으로 도체 2개 사이에 유전체(=절연체)를 집어 넣어 만듭니다.
유전체에 대해서 잘 알고 있어야 이해가 쉬우니 제가 작성한 포스팅 참고 부탁드립니다. ㅎㅎ
2019/07/10 – [전기공학/전기원리] – 전기 원리 (4편) – 도체와 부도체란 무엇인가? 절연체, 유전체(유전율), 유전 손실 설명
이처럼 유전체와 도체를 이은 콘덴서에 전위차를 주어
전류를 흐르게 하면 아래 그림처럼 전자가 흘러가게 됩니다.
그러면 유전체 내부에서 유전분극 현상이 일어나게 되구요
전자가 흘러 도체 내에 가득 차게 되면
전위차가 동일해져서 전기가 더 이상 흐르지 않게 됩니다.
그 내부(유전체)를 들여다 보면 최대 상태로 편극(유전분극) 현상이 일어나 있겠죠
이는 도체에 더 많은 전자가 저장될 수 있게 도와줍니다.
전자를 축적하여 높은 전위차가 만들어지게 되면 잠깐이나마 배터리로 사용할 수도 있어
축전기라고도 부르는 것이지요
즉, 유전체의 능력이 전자를 붙드는 능력 이구요
이를 캐패시턴스라고 합니다.
전자가 가득 차면 전류가 흐르지 않지만 교류라면 수시로 전압 방향이 바뀌니
전기가 흐르는데 문제가 없겠죠?
그렇다면 콘덴서 능력을 표현하는 캐패시턴스에 영향을 주는 요인은 무엇이 있을까요?
콘덴서, 캐패시터, 축전기에 대해 알아보았는데요
좀 이해가 되셨나요?ㅎ
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콘덴서 & 커패시터 원리 및 구조 (축전기 / 직류 / 교류 / 전극판 / 절연체 / 유전체 / MLCC / 삼성전기 / 무라타 / 슈퍼커패시터 / 배터리 / 테슬라)
자율주행/전기차/수소차 콘덴서 & 커패시터 원리 및 구조 (축전기 / 직류 / 교류 / 전극판 / 절연체 / 유전체 / MLCC / 삼성전기 / 무라타 / 슈퍼커패시터 / 배터리 / 테슬라) 다이어리 ・ URL 복사 본문 기타 기능 공유하기 신고하기 1. 콘덴서 & 커패시터 개념 및 원리 – 콘덴서(Condenser) 또는 커패시터(Capacitor)는 전기를 저장하거나 방전할 수 있는 장치로 축전기로도 불림 – 콘덴서는 교류 전류는 흐르게 하지만 직류는 흐르지 않게 하는 성질을 지님 – 용량이 클수록, 주파수가 높을수록 전류가 잘 통함 – 용량 단위는 F(패럿). 일반적으로 pF(피코 패럿), uF(마이크로 패럿) 단위를 주로 사용 – 1uF 정도의 전해 커패시터에 아날로드 테스터기를 저항 측정 모드로 놓고 접속을 하면, 순간 전류가 흘러 테스터의 바늘이 움직이지만 바로 바늘은 다시 0으로 감. 테스터의 접속 방법을 반대로 해도 역시 순간 전류가 흐르다 다시 흐르지 않음 – 이는 직류 전압이 커패시터에 가해진 경우, 순간적으로 전류가 흐르지만 이내 흐르지 않게 됨을 보여줌. 이를 활용해 전자 기기에서 직류를 통과시키지 않으려는 용도로 커패시터를 사용 – 그러나 교류의 경우에는 (+), (-)가 계속해서 전환됨. 이는 테스터의 측정봉을 계속 교대로 바꾸어 접속하는 것과 같음. 따라서 잠깐씩 흐르던 전류가 이어져 연속적으로 흐르게 되어 교류는 전류가 통하는 원리 <출처: depositphotos> 2. 구조 <출처: DIY 메카솔루션 오픈랩 블로그> – 커패시터는 전극판(Plate)과 리드(Lead) 선, 절연체(유전체, Dielectric)로 구성 – 리드 선이 이어진 두 장의 전극판 사이에 절연체가 들어있는 구조. 직류 전압을 걸면 각 전극에 전하라고 하는 전기가 축적(저장)됨. 축적하고 있는 동안에는 전류가 흐르지만, 콘덴서 용량만큼 저장된 후에는 전류가 흐르지 않음 – 절연체(유전체)는 전극판 사이의 전기를 차단하고 전기를 담아두는 역할. 어떤 재질의 절연체를 포함하느냐에 따라 여러 종류의 콘덴서로 나누어짐 – 각 판의 표면과 절연체의 경계 부분에 전하가 비축되고, 양 표면에 모이는 전하량의 크기는 같지만 부호는 반대. 두 도체판 사이에 전압을 걸면 음극에는 (-)전하, 양극에는 (+)전하가 유도되는데, 이로 인해 전기적 인력이 발생. 이 인력에 의하여 전하들이 모여있게 되어 에너지가 저장됨 – 하나의 극으로 이루어진 단극성 콘덴서와 양극으로 이루어진 양극성 콘덴서가 존재. 양극성 콘덴서는 긴 리드선이 +극, 짧은 리드선이 -극 <출처: WIKIPEDIA> <출처: slgi의 블로그> 3. 직류 / 교류 (1) 직류 – 전원에서 IC(집적회로)로 전압이 들어오면, 전원부와 커패시터의 전압이 같아질 때까지 커패시터로 계속 전류가 흐르며 충전되기 시작 – 커패시터 용량만큼 충전이 다 되면 전원부와 커패시터의 전압이 같아져 전위차가 발생하지 않기 때문에 더 이상 전류가 흐르지 않음. 전원부가 일정한 전압을 유지하고 있다면 커패시터 또한 같은 전압이므로 에너지를 그대로 저장하고 있음 – 이로 인해 커패시터에 직류를 가할 경우에는 전원이 들어가는 순간 잠깐 전류가 흐르다 다시 흐르지 않게 되는 것. 건전지 2개를 서로 병렬 연결한 것과 같은 상황 – 그러다 전력이 끊어져 더 이상 전압이 유지되지 않으면 전원부 전압은 점차 0이 됨. 그렇게 되면 커패시터는 저장하고 있던 에너지를 모두 방출하여 IC에 에너지를 공급 – 이렇게 커패시터를 직류 회로에 병렬로 연결해 두면, 전압이 높을 때는 커패시터에 충전이 되었다가 전압이 떨어질 때는 커패시터에서 전하를 내놓으므로 전압을 안정시키는 백업 전원 용도로 사용 가능 <출처: DKLair 블로그> – 반면 축전기를 직류 회로에 직렬로 연결하는 경우, 커패시터가 충전되고 나면 같은 전압의 배터리를 같은 극끼리 연결한 것과 마찬가지 상태가 되기 때문에 역시 직류 전기가 흐르지 않게 됨 – 그러나 노이즈가 발생하면 전원과 커패시터의 전압 균형이 깨져 전기가 흐르게 되는데, 여기서 직렬로 연결된 회로 입장에서는 전류가 아닌 노이즈만 보내게 됨. 즉, 직류 전류는 차단하고 교류 전류만 통과시키는 용도로 사용 가능 <출처: Aineo 블로그> (2) 교류 – 커패시터가 충전된 상태에서 (+)극과 (-)극을 반대로 접속하게 되면 전원과 커패시터의 극성이 반대가 되므로 전위차가 생겨 전류가 흐르게 됨 – 따라서 충전되어 있던 상태에서 다시 전류가 흘러 방전이 시작되고, 방전이 끝나면 다시 반대 방향으로 전류가 흐르며 충전을 시작 – 충전이 완료되면 전위차가 없어지므로 직류의 경우처럼 전류를 차단. 그러나 교류는 (+)극과 (-)극이 계속해서 전환되는 특성이 있으므로 충전과 방전을 반복. 따라서 직류와 달리 교류는 통과할 수 있게 됨 <출처: DKLair 블로그> <출처: 자바실험실> 4. 기능 (1) 전기 저장 – 충전 및 방전과 같은 축전기 역할을 수행 – 슈퍼 캐패시터라 불리는 고용량 콘덴서는 모터 스타터로도 사용 가능 – 참고로 축전기는 콘덴서, 축전지는 배터리를 의미. 축전기는 일반적으로 용량이 작기 때문에 충전도 빠르지만 방전도 빠른 반면, 축전지인 배터리는 일정 수위가 유지되며 충방전이 상대적으로 느림 (2) 전압 안정 / 주파수 차단 – 전원에서 IC(집적회로)로 안정된 전압을 연결해주면 좋지만 노이즈(전압이 원치 않는 방향으로 요동치는 현상)가 발생하게 되면 IC의 안정성에 큰 문제가 발생 – 따라서 바이패스 커패시터를 통해 전원 부분에서 이러한 노이즈를 줄임 *바이패스 커패시터(by-pass capacitor): IC의 전원과 GND(그라운드) 양단간에 접속하는 커패시터로 IC 전원 전압을 안정화시키고 고주파 노이즈를 제거하는 역할. 전해, 탄탈, 세라믹, 적층 콘덴서 등이 있음 – 또한 직류는 차단하고 교류는 통과시키는 성질을 이용해 저주파를 걸러내고 고주파를 통과시킬 수 있음 5. 적층세라믹콘덴서 (MLCC: Multi-Layer Ceramic Capacitor) – 적층 세라믹 커패시터는 전극간의 유전체로 고유전율계 세라믹을 다층 구조로 사용하는 콘덴서 – 단극 콘덴서로 온도 특성, 주파수 특성이 양호하며 소형인 것이 장점. 바이패스용이나 온도 변화에 민감한 회로에 주로 사용 – 전류를 막아 저장하고 있다가 필요한 시점에 반도체 등이 필요로 하는 만큼의 전기를 안정적으로 공급. 또한 전류에 포함된 노이즈를 제거해 전자제품의 수명이 오래갈 수 있도록 함 – 최근 전자 산업 내에서 매우 각광받는 제품으로 작년 초 일본 소니 플레이스테이션4와 닌텐도 스위치에 물량 부족 사태를 일으키기도 하고, 일부 완성차 및 전기차 업체가 생산 차질을 우려하게 할 만큼 높은 수요를 보여주고 있음 – 제어해야 하는 성능이 많고 전기가 많이 소모되는 제품일수록 더 많은 MLCC가 필요. 삼성 갤럭시S 초기 모델에는 200개에서 300개 정도가 필요했던 반면, 갤럭시S9의 경우에는 기기당 약 1,000개가 들어감 – 무라타(Murata)와 삼성전기가 대표적인 MLCC 생산 업체 <출처: 한국일보> <출처: 모두의 재테크> 6. 슈퍼커패시터 (Supercapacitor) – 비교적 작은 크기임에도 다른 콘덴서에 비해 월등히 많은 용량을 가지는 에너지 저장 콘덴서. 울트라 커패시터로도 불림 – 많은 에너지를 모아두었다가 수십 초 또는 수분 동안 높은 에너지를 발산하는 동력원으로 기존의 콘덴서와 이차 전지가 채우지 못하는 영역을 커버할 수 있는 부품 – 50만 사이클에 이르는 긴 수명과 30초에 불과한 충전 시간으로 90%에 이르는 효율을 발휘 – 배터리만큼 장시간은 아니더라도 용량이 크기 때문에 단시간의 백업 등에 사용할 수 있음 – 현재 휴대폰 또는 카메라와 같은 가전 제품의 백업용 전원 및 고출력 보조 전원으로 사용 <출처: 에너지경제> <출처: 에너지경제> 7. 슈퍼커패시터 & 테슬라 전기차 – 얼마 전, 미국 전기차 업체인 테슬라(Tesla)가 자동차 등의 축전 시스템 개발 및 생산 업체인 맥스웰 테크놀로지(Maxwell Technologies)를 2억 1,800만 달러에 인수 – 테슬라의 이번 인수는 전기차용 배터리의 저비용화를 이루겠다는 목적 – 맥스웰은 슈퍼커패시터를 만드는 회사로, 전력을 저장하고 짧은 시간 내 방출하는 배터리형 저장장치를 생산. 이는 하이브리드 전기 버스의 모터를 구동하는 데 사용되거나, 풍력 터빈에서 블레이드 피치를 제어하고 블레이드가 너무 빠르게 회전하는 것을 방지하는데 사용 – 업계 전문가들은 테슬라가 맥스웰의 기술을 이용해 전기차 배터리 충방전 및 전력 소모에 있어 단점을 해결하고 전체적인 전기차의 성능을 높이기 위한 것으로 분석 – 배터리 소재에 집중하는 다른 업체들과는 차별화된 전략으로 볼 수 있음 <출처: PHYS. ORG> 인쇄
축전기(capacitor)의 정의와 원리
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축전기(capacitor)의 정의와 원리
전하를 띤 도체는 주변에 자기장을 형성하고, 여기에 다른 전하가 접근하면 전기력을 받아 가속된다. 이에따라 대전된 도체들은 전기력에 의해 생성된 퍼텐셜 에너지를 갖게 된다.
축전기 또는 커패시터(capacitor)란 이러한 원리를 이용하여 전하를 저장하는 장치로써, 일반적으로 두개의 극판(conductive plate)이 있고 그 사이에 유전체(dielectric)가 들어있는 구조로 되어있다. 여기서 유전체란 전하는 통과시키지 않지만 전기적으로 대전될 수 있는 물질을 말한다.
축전기를 전지나 외부 에너지 공급장치에 연결하여 전하를 저장하는 것을 충전(charge)이라고 한다. 충전의 두 극판사이의 전압이 전지의 전압과 같아질 때까지 일어난다. 시간이 지나 평형을 이루게 되면 전기가 통하지 않는 상태가 되며 축전기의 충전이 완료된다.
충전과정
방전(discharge)은 충전과정의 역과정으로 축전기에 저장된 전하가 회로를 통해 빠져나가 저장된 전하량이 줄어드는 현상이다.
축전기가 완전히 방전되면 더이상 전류가 흐르지 않는다.
방전과정
전기 용량(capacitance)
도체가 가진 전하량이 증가하면 극판에 걸리는 전기장의 세기 또한 증가하며 이에따라 도체까지 전하를 운반시키는 일도 증가하여 전위차 또한 증가하게된다. 즉 전하량(Q)에 비례하여 전위(V)도 높아진다.
이때 비례상수를 C라고하면 다음과 같은 식이 된다. 여기서 비례상수 C를 축전기의 전기용량(capacitance)이라고 한다.
즉, 전기용량이란 동일한 전압을 걸어줬을때 얼마만큼의 전하가 축척될 수 있는지를 나타내는 지표이다. 단위는 패럿(F)으로 축전기의 두 극판에 1V의 전압을 걸었을 때 1C(여기서 C는 전하량의 단위인 쿨롱이다)의 전하량이 충전되는 축전기의 전기용량을 1F으로 정의한다.
평행판 축전기뿐 아니라 도체판의 형태에 따라 구형 축전기, 원동형 축전기등이 있다. 일반적인 평행판 축전기의 전기용량은 다음과 같이 정의된다.
많은 전하량을 축적하기 위해선 더 강한 전기장이 걸려야하므로 금속판의 간격(d)는 작고, 면적(S)는 클수록 축전기의 용량도 커지게 된다. ε는 유전율이며, 두 극판 사이에 있는 유전체의 유전율이 클수록 전기용량 또한 증가한다.
콘덴서의 구조와 원리
// 콘덴서의 구조와 원리 콘덴서란 전기를 저장할 수 있는 장치, 우리말로는 “축전기”라고 하고 영어로는“CAPACITOR”라고 한다.콘덴서의 기본구조는 유전체와 전극이다. 학교에서 배우는 평판콘덴서의 기본구조는 양 전극사이에 유전체가 삽입된 간단한 것이다. 전극으로는 모든 도체가 가능하나 제조공정상 값이 싸고 납땜성 등 가공성이 우수하며 산화가 잘 되지 않는 기본적인 특성을 갖추어야 한다. 필름콘덴서의 전극으로는 알루미늄과 아연이 사용되고 세라믹콘덴서에서는 은, 구리, 니켈, 팔라듐이 사용된다. 전해콘덴서에서는 알루미늄, 탄탈륨 등이 사용되고 있다. 유전체와 전극으로 구성된 기본단위를 소자(Element)라고 한다. 용량을 증가시키기 위하여 소자의 구조를 적층이나 권회형으로 만들고 전자기기에 사용되는 콘덴서는 1개의 소자로 구성되는 제품이 일반적이나 전력용콘덴서에서는 수십개의 소자를 직,병렬로 결선하여 필요한 용량으로 구성하고 있다. 단소자 제품의 쎄라믹콘덴서의 용량단위가 피코파라드인 반면 다소자 제품의 필름콘덴서의 용량단위는 마이크로파라드가 쓰이고 있다. 제품을 소형화하기 위하여 유전체와 전극을 일체화 시킨 금속증착 필름콘덴서가 일반화되어 있다. 동일 용량을 기준으로 하면 유전체의 두께와 제품의 크기(체적)는 역제곱에 비례한다. 콘덴서가 전기를 저장하는 기본원리는 유전체의 분극현상 때문이다. 무전계 상태에서는 유전체내부의 전기쌍극자가 무질서하게 분포되어 절연체와 같은 성질을 갖고 있으나 전극에 전압을 가하여 전계가 발생하게 되면 쌍극자가 전계의 방향으로 정렬이 된다. 이런 현상을 분극현상이라고 하며 분극현상이 강할수록(쌍극자 수가 많을수록) 유전률이 높아진다. 분극현상이 발생하게 되면 한쪽 전극에는 plus전하가 반대쪽 전극에는 minus전하가 밀집하게 되어 전기를 저장 할수 있는 것이다. 물론 주파수가 높은 전압을 가할수록 + , – 전하의 방향이 자주 바뀌게 되고 전류는 쉽게 흐르게 된다. 이것이 바로 주파수와 콘덴서의 전기적 저항이 반비례하는 원리이다. 직류전압을 가하면 전하의 방향이 바뀌지 않으므로 절연체와 같이 전류가 흐르지 않는다. 절연체 중에서 분극현상이 일어나는 물체를 유전체라고 한다. [자료출처 : 인터캡]
캐패시터의 동작원리 알아보기
안녕하세요. 오늘은 캐패시터가 무엇인지, 그리고 캐패시터의 동작원리에 대하여 알아보도록 하겠습니다.
캐패시터에 대하서 접해본적이 있을 것 입니다. 기본적인 회로이론을 배우거나, 고등과정에서도 다루는 내용입니다.
캐패시터는 기본적으로 전하를 축적하는 역할을 하는데, 이를 이용하여 회로에서 많은 역할을 합니다.
그럼 캐패시터에 대하여 자세히 알아보도록 하겠습니다.
차례 1. 캐패시터란? 2. 캐패시터의 전하축적 원리 3. 캐패시턴스에 영향을 주는 요소
1. 캐패시터란?
캐패시터는 전하를 축적할 수 있는 능력을 가진 전자 부품입니다.
캐패시터는 위의 그림과 같은 구성을 가지고 있습니다. 두개의 전도성 극판 사이에 유전체가 있는 형태입니다.
(유전체는 절연체입니다.)
그리고 이 캐패시터의 전하를 충전할 수 있는 양을 나타내는 캐패시턴스가 있습니다.
전하량은 전압에 비례합니다. 그래서 전하량에 전압을 나누면 일정 상수가 나오고 그것을 캐패시턴스라고 정의합니다.
2. 캐패시터의 전하 축적 원리
처음 전원을 연결하기 전에는 캐패시터가 중성 상태로 존재합니다.
양쪽 전도성 극판에는 동일한 수의 자유전자가 존재합니다.
캐패시터가 저항기를 거쳐 전원에 연결되면 전도성 극판 중 (+)전원에 가까운 극판에서 자유전자가
반대 쪽 극판으로 이동하게 되고 B극판에 자유전자가 축적되고 A극판은 B극판에 대해 양의 극성을 가지게 됩니다.
이러한 충전 동안, 연결된 리드와 전압원을 통해 전류가 흐르게 됩니다.
위의 그림 처럼 자유전자가 B극판에 계속 축적되어 전위차가 생기는데, 이 전위차가 전원 전압과 같아지면 충전이 중단됩니다.
만일 캐패시터 양단의 전압원이 제거 되어도 캐패시터는 일정 시간동안 전하를 유지할 수 있습니다.
실제로, 매우 큰 용량의 충전된 캐패시터는 임시 배터리로도 동작을 하며, 짧은 시간 동안 전류를 공급할 수 있습니다.
3. 캐패시턴스에 영향을 주는 요소
캐패시턴스에 영향을 주는 요소는 총 세가지 입니다.
전도성 극판의 면적, 전도성 극판 간의 거리, 절연체(유전체) 입니다.
첫번째는 당연히 전도성 극판의 면적이 클수록 전하를 축적할 수 있는 공간이 커지기 때문에 캐패시턴스는 증가합니다.
두번째는 전도성 극판의 거리 입니다. 극판 간의 거리가 짧아지면 극판 간의 반대되는 극성의 끌어 당기는 힘에 의해
전도성 극판 간의 전압이 감소하게 되어서 캐패시턴스가 감소합니다.
마지막으로 유전체의 유전율입니다. 캐패시터 내의 유전체는 원래의 전계와 반대되는 전계를 생성시키므로 캐패시턴스가 증가합니다.
이를 종합하면 캐패시턴스를 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있습니다.
앞의 상수는 공기의 유전율을 나타냅니다.
이번 글에서 캐패시터가 무엇인지, 그리고 전하가 축적되는 원리에 대하여 알아보았습니다.
다음 글에서는 좀 더 유익할 글로 찾아뵙겠습니다. 감사합니다.
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