[PEARSON_기초전기전자] 1.전압,전류 및 저항의 개념

모든 물질은 원자로 이루어져 있다.

원자는 원소의 성질을 유지하는 원소의 가장 작은 입자이다.

모든 원자는 전자,양자,중성자로 구성되어있다. 그리고 원자내에서 어떤 전자의 구성은 도체,반도체 물질이 전류를 어떻게 잘 전도시키는지를 결정하는 핵심요소이다. 

[전자회로_PEARSON Electronic Devices] 1. 반도체이론  참고바랍니다.

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따라서 전자는 음의 전하를 나타내는 가장 작은 입자이다. 물질에 과잉전자가 존재하면 순수전하는 음이 되며 전자가 부족하면 양이된다.

양자의 전하와 전자의 전하는 크기가 같고 부호는 반대이다. 이때 전하란? 전자의 과잉또는 부족으로 존재하는 물질의 전기적인 특성이다. 전자 =/= 전하, 같지 않다! 오해하지 않기를 바랍니다. (즉, 전자가 더 많으냐? 적으냐로 구분하는 말입니다)

 중성원자의 경우로 생각해봅시다. 중성원자는 전자와 양자의 수가 같으며 순수전하는 0 입니다. 만약 어떤 가전자가 원자에서 떨어지면, 그 원자는 순수 양전하(전자보다 양자의 수가 많음)로 남게 되고 양이온 된다. 그래서 양이온은 순수양전하를 갖는 원자, 혹은 원자들의 그룹으로 정의된다. 반대로 만약 원자가 가장 바깥쪽 전자각(최외각쉘)에 추가로 한개의 전자를 얻게 된다면 이 원자는 순수 음전하를 갖게되고 음이온이 된다. 그래서 음이온이란 순수 음전하를 갖는 원자 혹은 원자들의 그룹이라고 말할수 있다.

전하는 Q로 나타내며, 서로 반대극성의 전하는 서로 당기고. 같은 극성의 전하는 서로 밀어낸다. 이러한 힘을 전장 (electric field)이라 한다.

[쿨롱의 법칙]

두점의 소소 전하사이에 힘이 존재한다. 이 힘은 두 전하의 곱에 직접적으로 비례하며 두 전하사이의 거리의 제곱에 반비례한다.

전하는 쿨롱으로 측정되고 기호는 C로 표현한다.

1C쿨롱은 = 6.25 x 10(18승) 개의 전자가 갖는 총 전하이다.

한개의 전자는 1.6 x 10(-19승) C의 전하를 갖는다. 

만약 몇개의 전자들이 주어진다면 이들의 전체 전하는 아래의 공식으로 구할수가 있다.

Q = (전자들) / (6.25 x 10^18)

[전압]

양전하와 음전하사이에는 끌어당기는 힘이 작용한다. 이러한 힘을 극복하고 전하를 주어진 거리만큼 떼어 움직이기 위해서는 어떠한 양의 에너지가 일의 형태로 작용해야 한다. 그리고 모든 반대 극성의 전하들은 그들 사이의 간격으로 인해 일정한 위치에너지를 갖고 이다. 전하들의 위치에너지의 차를 전위차 혹은 전압이라고 한다.

전압 : 한점에서 다른점까지 1쿨롱의 전하를 이동시키는데 사용되는 에너지가 1J(줄)일때, 1볼트는 두지점간의 전위차이다.

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전위 [ electric potential , 電位 ]

전위란 전기장 내에서 단위전하가 같는 위치에너지이다. ……

중력장에서와 마찬가지로 전기장 내에서도 (+)전하를 전기장의 반대방향으로 이동시키려면 전기력을 거슬러 일을 해 주어야 한다. 전하를 이동시킬 때 외부에서 전하에 해 준 일만큼 전하는 전기력에 의한 위치에너지를 갖게 된다. 따라서, 수식으로 표현하자면, 전위 V=W/q (W는 일, q는 전하량)가 된다. 전위는 q에 무관한 공간의 함수이다.]

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(예제)

10C의 전하를 이동하기 위해서 100J의 에너지가 요구된다. 전압은 얼마인가?

V = W/Q  = 100J / 10C = 1V

DC전압원의 유형 =

1) 전지 : 화학에너지를 직접적으로 전기에너지로 변화하는 형태. 전지를 전하를 저장하는 것이 아니라 오히려 화학적 포텐셜 에너지를 저장하는 형태의 "산화-환원"반응을 이용하는 전압원이다.

2) 연료전지 : 전기 화학에너지를 DC전압으로 직접적으로 변환화는 소자이다. 보통 연료(수소)를 산화(산소)와 결합시키는 형태이다. 또한, 부산물로는 오직 물만을 내기때문에 연료전지가 친환경적에너지라 불리는 이유이다.

3) 태양전지 : 빛에너지가 전기 에너지로 변환되는 광기전력 효과를 이용한 전지이다.

기본적인 동작은 두층의 다른 유형의 반도체물질로 구성되고 이들은 함께 결합되어 접합을 이룬다. 만약 한층이 빛에 노출되면 많은 전자들이 부모원자로부터 이탈하고 접합을 통과할 수있는 충분한 에너지를 얻게 된다. 그리고 이 과정을 통하여 접합의 한쪽에는 음이온이, 다른 한쪽에는 양이온이 형성되어 전위치가 발생한다.

[전류]

앞서 설명한 전압은 전자들이 회로를 통해 이동할수 있도록 에너지를 공급하는 역할을 한다고 하였다. 그리고 전자들의 이런 움직임이 전류이며 전류는 전기회로에서 수행되며 일(J 줄) 이라고 한다.

전류 = 전하가 흐르는 율 (Rate of flow)

도체내에서 전류는 단위시간당 임의의 점을 통과하여 흐르는 전자의 수(전하량)으로 측정된다.

I = Q / t   (I는 암페어(A) 전류를 의미. Q는 쿨롱(C)으로 전자의 전하이며, t는 (초, sec)이다 )

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