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생활공학73

[기초 물리] 6-2 전기에너지 이용 전동기는 전류가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기 에너지를 기계적인 일로 바꾸는 장치입니다. 흔히 우리가 말하는 모터가 전동기입니다. 직류 전기로 회전하는 직류 전동기(DC 모터)와 교류 전기로 회전하는 교류 전동기(BLDC 모터)가 있습니다. 직류 전동기는 겉에 반원통 모양의 영구 자석 두 개가 들어 있고, 그 안에 여러 번 감긴 코일이 들어 있습니다. 코일 중앙에는 회전축이 있고, 회전축 한쪽에 전류가 흐르는 정류자와 브러시가 있습니다. 이때 전류자는 원통형 금속으로, 코일과 직각을 이루는 중강 부분이 끊어져 있어 코일에 흐르는 전류의 방향을 바꿀 수 있습니다. 브러시는 탄성이 있는 금속으로, 정류자가 회전하는 동안 계속 정류자와 접촉하여 전류를 흐르게 합니다. 브러시와 정류자가 접촉해 있으므로.. 2020. 10. 23.
[기초 물리] 6-1 전기에너지 생성 및 수송 (와전류, 변압기) 기전력(Electromotive force)은 이탈리아의 과학자 볼타에 의해 (+) 전화와 (-) 전하를 분리시켜 전류가 흐르게 하는 힘이란 정의로 사용되었습니다. 그러나 이후 과학자들은 이것이 힘이 아니라 전압이라는 것을 알게 되었죠. 기전력은 여러 가지 방법으로 발생시킬 수 있습니다. 역학적 에너지를 이용한 발전기, 태양광 에너지를 이용한 태양광 발전, 화학 에너지를 이용한 화학 전지, 온도 차를 이용한 온도 차 발전 등 다양한 방법으로 기전력을 발생시킬 수 있습니다. 전기 에너지를 만드는 방법에 대해 좀 더 알아보겠습니다. 소형 발전기는 원통의 가장자리에 원형 자석이 들어 있고, 그 안에 코일이 감긴 철심이 들어 있습니다. 코일이 감긴 철심의 한쪽에는 코일을 회전시키기 위한 장치가 달려 있고, 다른.. 2020. 10. 22.
[기초 물리] 5-5 저장매체 원리 우리는 정보화 사회를 넘어 4차 산업혁명 시작으로 수많은 데이터를 효율적으로 저장, 관리, 처리하는 방법을 모색하고 있습니다. 이번 포스트는 정보를 저장하는 방법에 대해 알아보겠습니다. 우선 정보는 크게 아날로그와 디지털 정보로 나눕니다. 아날로그 정보는 자연에서 발생하는 빛, 소리 등과 같이 연속적으로 변하는 아날로그 신호를 그대로 받아들여 기록함으로써 만들어진 정보를 말하고 디지털 정보는 한 값에서 다른 값으로 불연속적으로 변하는 정보를 말합니다. 연속적인 아날로그 정보를 저장하기에는 양이 너무 많고 관리 및 가공이 힘들어 디지털화를 합니다. 자연스러운 곡선을 얇게 조각을 내어서 연결하면 비슷한 형태가 될 수 있어 관리하기가 편해집니다. 수학에서 미분과 같은 개념입니다. 초기 정보를 저장하는 방법으로.. 2020. 10. 22.
[기초물리] 5-4 전기 신호 조절 (RLC 저항과 고주파/저주파 필터원리) 직류 회로에서는 저항을 이용하여 회로에 흐르는 전류의 세기를 조절할 수 있지만 교류 회로에서는 저항 이외에도 코일과 축전기를 이용하여 교류 전원의 주파수에 따라 전류의 세기를 조절할 수 있습니다. 교류는 직류와 달리 크기와 위상을 가지고 있습니다. 저항만 있는 회로에서 전류와 전압의 위상은 같습니다. 교류 전원의 전압은 으로 표현할 수 있고 교류 회로에 흐르는 전류는 따라서 교류 전원의 주파수가 변하더라도 저항 R는 변하지 않으므로 주파수가 전류의 세기에 영향을 주지 않습니다. 단지 옴의 법칙에 따라 저항의 크기가 클수록 전류의 세기가 약해집니다. 하지만 코일만 있는 회로에서 코일 양단의 전압은 전류보다 위상이 90도 빠릅니다. 유도 용량이 L인 코일을 연결할 때 코일에는 자기력선속의 변화를 방해하려는 .. 2020. 10. 21.
[기초물리] 5-3 전자기파와 안테나 이전 전기장과 자기장이 서로 독립적이지 않고 상호 연관이 되어 전자기 유도 현상이 발생한다는 것을 알았습니다. 하지만 전기장 또는 자기장은 변화가 있을 때만 서로에게 영향을 미치게 됩니다. 즉, 정지하고 있는 전하는 시간에 따라 일정한 전기장만 만들고, 도서에 흐르는 일정한 전류는 그 주위 공간에 자기장만을 만듭니다. 그러나 등속도로 운동하고 있는 전하는 일정한 전류로 생각되어 공간에 자기장뿐만 아니라 전기장도 만들지만, 이것은 시간에 따라 변하지 않습니다. 가속도 운동을 하는 전하는 시간에 따라 변하는 전기장과 자기장을 동시에 만들게 됩니다. 이때 변하는 전기장과 자기장이 서로 원인과 결과가 되면서 에너지가 주위 공간으로 전파되는데, 이는 줄의 한 끝을 규칙적으로 진동시키거나 수면의 한 곳이 진동하면 .. 2020. 10. 21.
[기초물리] 5-2 광전효과와 영상장치 금속판에 특정 진동수 이상의 진동수를 가진 빛을 쪼여 주었을 때 금속판 안에 있던 전자들이 튀어나오는 현상을 광전 효과(photoelectric effect)라고 합니다. 자유 전자들이 있는 금속에 빛을 비추면 빛의 알갱이가 전자에 부딪쳐서 전자를 튕겨내는 것입니다. 이때 튀어나온 전자를 광전자(photoelecron)라고 합니다. 금속에서 광전자가 튀어나오게 하기 위해서는 금속에 비추는 빛의 진동수가 특정 진동수보다 커야 합니다. 즉, 금속에 비춘 빛의 진동수가 특정한 값보다 작으면 센 빛을 오랫동안 비추어도 전자는 튀어나오지 않습니다. 이때의 진동수를 문턱 진동수라고 합니다. 아무리 세기가 약한 빛이라도 그 진동수가 문턱 진동수보다 크면 시간 지연 없이 광전자가 바로 튀어나옵니다. 따라서 광전자의 운.. 2020. 10. 20.
[기초물리] 5-1 파동과 소리 물체의 진동은 공기 입자를 진동시키고, 이 공기 입자의 진동은 파동의 형태로 멀리 퍼져 나갑니다. 파동은 매질의 한 지점에서 생긴 매질의 진동 상태가 매질을 통해 규칙적으로 퍼져 나가는 현상입니다. 파동이 전파될 때 매질은 이동하지 않고 제자리에서 진동만 하며, 매질을 따라 에너지가 전달되는 것입니다. 파동은 2가지 종류가 있습니다. 물결이나 전자기파처럼 파동의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 서로 수직인 파동(횡파)과 음파처럼 파동의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 서로 나란한 파동(종파)이 있습니다. 보기 쉽게 횡파를 가지고 파동의 요소를 알아보겠습니다. 매질의 한 점에서 한 번 진동하는데 걸리는 시간을 주기라고 합니다. 주기의 역수 즉, 1초 동안 진동한 횟수를 주파수라고 합니다. 단위는 Hz(헤르.. 2020. 10. 19.
[기초물리] 4-2 신소재 (MRI, LCD 원리) 현재 과학기술의 발전으로 신소재가 끊임없이 개발되고 있습니다. 초전도체와 유전체, 액정은 이미 우리 주변에서 유용하게 사용되고 있습니다. 우리의 삶을 보다 윤택하게 하고 있는 신소재의 원리와 활용에 대해 알아보도록 하겠습니다. 1908년 네덜란드의 오너스라는 과학자가 헬륨 기체의 액화에 성공하였습니다. 액화 과정에서 온도 측정을 위해 사용한 수은이 4K(절대온도) 근처에서 저항이 완전히 사라지는 현상을 발견하고 이를 초전도 현상이라고 하였습니다. 수은의 온도를 계속 낮추면 4.2K에서 전기 저항이 0이 됩니다. 이와 같이 갑자가 전기 저항이 0으로 변하는 과정을 초전도 전이라고 하며, 초전도 전이가 일어나는 온도를 임계 온도 또는 전이 온도라고 합니다. 따라서 자기 부상 열차와 MRI 등에 활용되고 있는.. 2020. 10. 17.
[기초물리] 4-1 반도체 물질의 상태(기체, 액체, 고체) 중 고체는 원자들이 많이 모여 구성된 물질입니다. 에너지 준위들이 서로 겹쳐져 에너지 띠의 형태로 나타납니다. 이 에너지 띠의 구조에 따라 고체의 성질이 달라지는데, 에너지 띠에 따른 고체의 전기 전도성에 대해 알아보도록 하겠습니다. 옴의 법칙은 알고 있을 것입니다. 물질에 흐르는 전류의 세기는 걸리는 전압에 비례합니다. 전류의 흐름을 방해하는 것이 저항입니다. 물체의 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례합니다. 이때 비례 상수를 비저항이라고 합니다. 모양과 크기가 같더라도 비저항에 따라 전기 저항이 달라지므로 비저항은 물질의 전기적 특성을 나타냅니다. 물체의 비저항이 작으면 전기가 잘통하게 되는데 이러한 물체를 도체라고 합니다. 도체에는 자유롭게 움직일 수 있는 전자.. 2020. 10. 16.
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