전기용량

목차

1. 전기용량
2. 축전기 대전시키기
3. 평행판축전기의 전기용량 계산
4. 원통형 축전기
5. 구형 축전기
6. 축전기의 병렬 연결
7. 축전기의 직렬 연결
8. 전기장에 저장된 에너지
9. 축전기의 에너지 밀도
10. 유전체를 넣은 축전기
11. 원자의 관점에서 바라본 유전체
12. 유전체와 Gauss의 법칙

본문내용

1. 전기용량
축전기가 대전 될 때 크기는 같고 부호가 반대안 +q와 –q의 전하를 갖는 극판이 있다고 가정하자. 이때 극판은 도체이기 때문에 등퍼텐셜면을 이룬다. 즉, 극판 위 모든 곳의 전기퍼텐셜은 같다. 그러나 두 극판 사이에는 분명 퍼텐셜 차이가 존재한다. 이때 퍼텐셜 차이의 절대값을 V라고 하면 축전기의 전하 q와 퍼텐셜 차이의 절대값(V)는 비례한다.

이때 식에서 비례상수 를 전기용량이라고 한다. 전기용량의 값은 극판의 기하학적 모양에 의존하지만 전하나 퍼텐셜 차이와는 무관하다. 전기용량은 극판 사이의 퍼텐셜 차에 ᄄᆞ라 생성된 전하가 얼마나 많이 모이는가를 알려주는 척도이다. 즉, 전기용량이 크면 클수록 더 많은 전하가 모인다.
전기용량의 SI 단위는 볼트(V)당 쿨롱(C)이다. 이를 더 간단하게 줄여 패럿(F)이라고 한다.

2. 축전기 대전시키기
축전기를 대전시키기 위한 한 가지 방법은 전지를 포함한 전기회로에 축전기를 연결하는 것이다. 이때 전지는 전하가 흘러들어오거나 나가는 점인 단자 사이에 일정한 퍼텐셜 차이를 유지하는 역할을 한다. [그림 1]은 회로로 연결된 전지를 나타낸 모식도이다. 전지는 단자 사이의 퍼텐셜 차이를 로 유지시킨다고 가정하자. 이때 높은 퍼텐셜 쪽의 단자는 +로 표시하며 양의 단자라고 부르고 낮은 퍼텐셜 쪽의 단자는 –로 표시하며 음의 단자로 부른다. [그림 1]과 같은 회로에서 스위치를 닫으면 도선이 연결되어 완전한 회로를 이루며 이때 도선을 통하여 전자가 흐른다. 전기장은 전자들을 축전기 극판 에서 전지의 양의 단자로 이동시키고 이때 전자를 잃은 극판 는 +로 대전 된다. 이때 은 전자를 얻는데 극판 은 극판 과 양으로 대전 된 만큼 음으로 대전 된다.
스위치를 누르기 전, [그림 1]에서 두 극판 와 사이의 퍼텐셜 차이는 0이다. 하지만, 두 극판이 대전됨에 따라 두 극판의 퍼텐셜 차이는 가 될 때까지 증가한다. 두 극판의 퍼텐셜 차이가 에 도달하면 더는 도선에서 전자가 이동하지 않는다. 이때 ‘축전기가 퍼텐셜차 와 전하 를 가지고 완전히 충전되었다’라고 말한다. 여기서 축전기가 대전 되는 동안이나 후에 두 극판 사이의 공간을 통하여 한 극판에서 다른 극판으로 전하가 흐르지 않으며 축전기가 방전될 수 있는 회로가 꾸며지기 전까지는 전하를 무한히 저장할 수 있다고 가정한다.

참고 자료

없음