Chapter 07 전기 - 극동대학교

Chapter 07 전기 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6. Dept. of SCEE Kukdong University. 전하 전기력과 Coulomb의 법칙 전류 - 초전도 전기 회로와 Ohm의 법칙 전류에서 전력과 Energy 교류와 직류. Copyright by DH Lee. 1 2018 Fall Semiconductor Physics.

Chapter 07 전기 7.1 전하 • 전하(Electric Charge) . 물리학에서 속성을 표시하는 3가지 기본적인 양으로서 공간, 시간, 물질의 기본적인 특성으로 질량을 학습. . 질량 외에 물질의 기본 특성을 표현하는 양으로서 물질을 구성하는 입자들인 전자, 양성자가 지닌 속성으로 “전하”가 존재. 정의) 전기적, 자기적 현상의 원인이 되는 작은 입자들 고유의 물리적 성질. . 전하는 보통 단위 q로 표시하며 SI 단위는 C(Coulomb)인데, 특이하게 양(+)전하와 음(-)전하의 두 종류로 분류 (+q 와 -q) 양전하는 양성자가 가진 전하이며 음전하는 전자가 가진 전하로서 각각 +q 와 -q로 표시 ☞ Figure 4,1 in p104 & Table 4S.1 in Section 4.1 Figure 4.1 원자의 구조. q = 1.6 x 10-19 C. (7.1a). -q = 1.6 x 10-19 C. (7.1b). Table 4S.1 원자 구성 요소와 질량 및 전하량 원자 구성 요소 핵. 기호 (수). 양성자. Z. 중성자. NN. 전자. e AM. Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. 입자 질량(Mass of Particle). m = mneutron = mproton = 1.67 x 10-27 kg 무시할 정도 (9.11 x. 10-31. kg, ~1/1836 of Proton or ~1/1841 of Neutron). [원자 총 질량] = [양성자 총질량] + [중성자 총질량] = mZ + mNN = m(Z + NN) = mAM. Copyright by DH Lee. 전하량(Electrical Charge) 1.60 x 10-19 C(Coulomb) x Z (양전하, Positively Charged) 중성 (0, Electrically Neutral) - 1.60 x. 10-19. C x Z (음전하, Negatively Charged). [(총)전하량] = [양성자 보유 총전하] + [전자 보유 총전하] = 0.

Chapter 07 전기 7.1 전하 (계속) • 물질을 구성하는 입자와 전하 1) 양성자(Proton) . 원자 내의 양성자 수는 원자의 정체성을 결정, 즉 양성자 수가 서로 다른 원소는 종류가 다른 원소가 되며, 일반적으로 전하의 중성(Charge Neutrality)을 유지하기 위하여 원소 내의 양전하를 지니는 양성자 수와 음전하를 지니는 전자의 수는 동일하다. 2) 중성자(Neutron). . 중성자는 앞서 설명한 것처럼 물질의 기본 특성을 표현하는 질량을 결정하는 입자이며 전기적으로는 중성을 지니고 있어 물질의 특성인 전하에는 기여하지 않는다. 3) 전자(Electron) . 전자는 음전하를 가지는 입자로서 원자는 다양한 물리적/화학적 상호 작용에 의하여 가지고 있는 전자를. Figure 7.2 (a) Helium(He) 원자의 단순화 모형. 잃기도 하고 외부로부터 전자를 받아들이기도 하는데, 이러한 현상을 원자의 Ion화(Ionization)라고 하며, 이렇게 전자를 잃거나 얻음으로써 생긴 입자를 Ion이라고 한다. . 전기적으로 중성인 원자에서 균형을 이루고 있던 양전하와 음전하는 Ion이 되면서 그 균형이 깨지게 되는데, 전자를 잃은 Ion은 양Ion(Cation)이라고 하고, 반대로 전자를 얻은 Ion은 음Ion(Anion)이라고 한다 ☞ Figure 7.2 in p215. • 일상에서 마찰에 의한 정전기의 경험 . 마찰에 의해 서로 다른 물질이 인력을 나타내어 붙거나 근접하는 현상을 경험하는데, 이는 서로 다른 부호 (양/음)의 전하 사이에 정전기적 인력(Coulombic Attraction)이 발생한 결과 Figure 7.2 (a) Helium(He)의 음Ion, (b) Helium의 양Ion. Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.

Chapter 07 전기 7.2 전기력과 Coulomb의 법칙 • 정전기력(Electrostatic, 혹은 Coulombic Force) - 정전기적인 힘의 작용 . 서로 다른 부호로 대전된 물체 사이에는 정전기적 인력(끌어당기는 힘; Electrostatic Attractive Force)이 작용하게 되며,. 반대로 같은 부호의 전하로 대전된 물체 사이에는 정전기적 척력(Repulsive Force)dl 작용하여 서로 밀어내게 된다 ☞ Figure 7.4 in p216. (a). e.g. 정전기적 인력 - 머리카락이 빗에 달라붙는 현상. (b). . 정전기적 인력은 원자 수준의 입자들 사이에서 매우 중요한 힘으로서 원자들을 서로 묶어두는 원천이 된다 e.g. 소금(NaCl). Figure 7.4 (a) 정전기적 인력, (b) 정전기적 척력. + . 소금 속의 Sodium 원자(Na)와 염소(Chlorine; Cl) 원자는 각각 전자 1개씩을 주고 받음으로써 Sodium Ion(Na )과. 염소 Ion(Cl )이 형성되고, 서로 다른 양/음의 전하를 지닌 이 두 Ion 간에 정전기적 인력에 의해 강한 Ion 결합을 하게 된다 -. • Coulomb의 법칙 . 두 대전 물체 사이에서 각각에 작용하는 힘은 물체들의 알짜 전하량에 비례하고, 그 두 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례한다. F∝. 𝒒𝟏𝒒𝟐 𝒅𝟐. (7.2a). 9 2 2 . 비례상수는 SI 단위로 9 x 10 N∙m /C 이며, 따라서 (7.2a)는 비례상수를 포함하여 (7.2b)로 쓸 수 있다. F=C∙. SI 단위로. 𝒒𝟏𝒒𝟐 9 𝒒 𝒒 (N) = 9 x 10 ∙ 𝟏 𝟐 𝟐(N) 𝒅𝟐 𝒅. Na+. (7.2b) Cl+ Figure 7.5 Sodium Ion (Na )과 염소 Ion(Cl )으로 이루어진 식탁용 소금의 결정 구조와 정전기적 인력에 의한 Ion 결합. q1, q2는 C(Coulomb), 거리 d는 m(meter). . 두 물체가 같은 종류(양-양, 음-음)의 전하를 가지면 힘 F는 양수가 되는데, 이는 서로 밀어내는 힘(척력)이 작용하는 것을 뜻하며 서로 반대 부호를 가지면 수학적으로 Coulomb 힘은. 음이 되어 서로 다른 전하를 가진 두 물체 사이에는 인력이 작용함을 의미한다. Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.

Chapter 07 전기 7.2 Coulomb의 법칙 (계속) • Coulomb의 법칙과 Newton의 법칙들과의 연관성 . Newton의 제3법칙(작용-반작용의 법칙)에 따라 전하. q1에는 q2에 작용하는 힘과 크기가 같고 방향이 반대인 힘이 작용한다. . Coulomb의 법칙을 보면 Newton의 만유인력의 법칙과 물리적, 수학적으로 유사한 형태라는 것을 알 수 있다 (물질 속성 - 질량과 전하 - 곱에 비례, 거리에 반비례). F=G. 𝒎𝟏𝒎𝟐 𝒅𝟐. (0.1a). . 차이점은 N의 법칙에서는 질량에 음의 부호가 부여될 수 없는 반면 C의 법칙에서는 양/음의 부호가 모두 적용된다는 점,. 유도쌍극자 (Induced Dipole). N의 법칙은 오로지 인력만을 말하지만 C의 법칙은 인력과 척력 모두를 나타낸다는 점이다. 9 2 2 -11 2 2 . 두 식을 수치적으로 비교해 본다면 비례상수의 지수(C = 9 x 10 N∙m /C , G = 6.67 x 10 N·m / kg )에서부터 큰 차이를. 볼 수 있는데, 일반적으로 두 물체가 전하를 가지고 있을 때 이들 사이의 정전기력은 중력보다 훨씬 크다 e.g. 전자와 양성자 사이의 정전기력은 그들 사이의 인력보다 1039배 크다. • 편극(Polarization)과 쌍극자(양극자; Dipole) . 전기적으로 중성(알짜 전하 = 0)인 물체라도 일시적으로 내부의 전하 분포에 따라 대전된 물체처럼 거동할 수 있는데, 이런 물체를 (유도)쌍극자(Induced Dipole)라고 부르며 이러한 현상은 내부 전하가 양/음으로 일시적으로 분리되는. Figure 7.7 편극 현상과 유도쌍극자. 편극 현상에 의해 발생한다 ☞ Figure 7.7 in p218 e.g. 음전하로 대전된 빗에 의해 종이가 붙는 현상을 전하를 가진 양성자와 전자 등의 입자 관점에서 보면 빗의 음전하가 종이 원자의 핵들을 끌어당기며 전자들은 먼 쪽으로 밀어내게 되는데, 전자의 궤도는 왜곡(Perturbation)되어 평균적으로 전자의 분포가 빗으로부터 핵보다 멀리 떨어져 존재하게 된다 (이렇게 핵과 전자들 사이의 작은 전하 간격(변위)이 만들어지는 현상을 편극이라고 한다). . 어떤 분자들은 위의 예의 종이처럼 외부 전하에 의해 유도되지 않더라도 자연적으로 편극되어 있는데, Figure 7S.1 전기적 중성 물체의 편극 현상에 의한 쌍극자 생성. 이를 극성 분자(Polar Molecule)라고 한다 e.g. 물 Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.

Chapter 07 전기 7.2 Coulomb의 법칙 (계속) • 정전기력의 전기장 . 정전기력은 떨어진 물체 간에 존재하는 만유인력 외의 또 다른 힘의 보기이며, 이렇게 임의로 대전된 물체 주변 공간에는 (일시적으로라도) 전기장(Electrostatic Field)이 존재하는 것 으로 해석할 수 있는데, 이 전기장은 정전기력의 매개체(Agent)가 되고 그 안에 놓여 있는 대전된 입자가 힘을 겪도록 작용한다. . 대전 입자 주변의 전기장은 양 전하가 놓여 있을 때 작용하는 방향과 같은 방향으로 화살표로 표시한다 전기장의 강약은 화살표의 밀도로 표시한다 (강할수록 화살표는 밀도가 낮다) ☞ Figure 7.8 in p218 양(음) 전하가 전기장 내에 위치하면 전기장과 같은 (반대) 화살표 방향의 힘을 겪는다 ☞ Figure 7.9 in p218. . 전기장의 세기 정의) 공간의 어느 한 점에서 전기장의 세기는 그 점에 놓인 대전 물체에 작용하는 힘을 물체의 전하량으로 나눈 값. [전기장의 세기] =. E=. [대전된 물체에 작용하는 힘] [물체가 가진 전하량]. 𝑭 𝒒. (7.3a). Figure 7.8 (a) 양 전하, (b) 음 전하 주변의 전기장 표시. (7.3b). • 정전기 방전 . 상대 습도가 낮은 겨울에 많이 발생하는데, 전하는 공기를 통해 흐르지는 못하지만 공기 중의 원자들을 Ion화 시키기에 충분한 전기장이 형성되었을 때 자유롭게 된 전자(음 전하)들에 의해 정전기의 흐름이 형성되어 전기장 반대 방향으로 가속되고 양 전하(Ion)들은 전기장과 같은 방향으로 가속된다 전자와 Ion들은 전기장 내에서 속력이 높아지고 다른 원자나 분자들과 충돌하여 추가로 Ion화를 돕거나 빛, 소리 등을 방출한다 ☞ Figure 7.10 in p220 e.g. 겨울철 주유소에서 정전기 방전에 의한 화재 발생. Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. Figure 7.9 전기장 내에서 작용하는양/음 전하의 힘의 방향. Copyright by DH Lee.

Chapter 07 전기 7.2 Coulomb의 법칙 (계속) • 정전기의 산업적 응용 . 전자 서명, Smart Paper - 두 장의 얇은 판 사이에 수백만 개의 전하를 가진 입자를 주입하여 전기장을 이용한 글자나 모양을 형성. - 입자의 한쪽 반은 색을 띤 음 전하, 반대 쪽은 대비색을 띤 양 전하로 대전하여 전기장을 가하면 대전 입자들이 전기장의 방향을 따라 동일한 방향이나 반대 방향으로 정렬하고, 대비색(Contrast)을 통해 음영을 나타내도록 함으로써 글자나 모양을 만들게 된다 (이러한 현상을 ‘전기 영동(Electrophoresis)’이라고 한다) ☞ Figure 7S.2 & 7S.3. . MOSFET의 대중화. - 집적회로, Computer나 그와 유사한 장치들에서 가장 널리 쓰이는 Transistor는 전계 효과 Transistor (FET; Field Effect Transistor)라 부르는 소자이다. - FET 내부의 전기장은 Transistor를 통과하는 전기 흐름을 통제하는 원리로서 작동된다. - 전기장은 LCD뿐만 이니라 휴대용 PC나 Smart Phone의 Touch Pad의 동작에도 핵심적인 역할을 한다. 투명 상부 전극. 양 전하 입자. Figure 7.11 Smart Paper의 작동 원리. + + 밝은 색조. 음 전하 입자. -. + 하부 전극. 투명액. 어두운 색조. Figure 7S.2 전기 영동 현상에 의한 표시 소자 작동 원리. Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. Figure 7S.3 전기 영동에 의해 작동하는 표시 소자의 사진.

Chapter 07 전기 7.3 전류 - 초전도 • 전류(Electric Current) 정의) 대전 입자들의 흐름으로서 정량적으로는 다음과 같이 단위 시간(초) 당 흐르는 전하의 양으로 정의한다 (전류, I). 𝒒 𝒕. (7.4) 도선에서 전자 흐름의 방향. . 전류의 단위는 A(Ampere)로 부르며, 정의에 따라 C/s가 된다, 즉 1 A = 1 C/s. 양극. 따라서 전자의 흐름, 즉 음 전하의 흐름은 반대 방향 전류를 형성. 주의) 건전지 내에서의 전류 방향 ☞ Figure 7S.4. -. . 양, 음의 전하가 모두 전류를 형성할 수 있는데, 양 전하의 흐름을 전류의 방향으로 약속한다. +. 건전지 내에서 전자 흐름의 방향. 건전지 내에서 전류의 방향. 음극. I=. 도선에서 전류의 방향. Figure 7S.4 양단이 연결된 건전지 회로에서의 전류와 전자의 흐름의 방향. • 전기전도도( Electrical Conductivity; 전하의 흐름의 정도)에 따른 물질의 분류 1) 전도체, 2) 부도체, 3) 반도체 ☞ RA 3rd - 5th Paragraphs in p222. . 전기전도도를 결정하는 물질의 성질을 전기적으로 ‘저항’(Electrical Resistance)이라고 한다 (전류에 대한 저항은 운동 역학에서 운동을 방해하는 마찰과 마찬가지 속성을 가진다) 도체는 상대적으로 작은 저항을 가지며, 부도체는 높은 저항을 가진다 정의) 전하의 흐름을 방해하는 정도의 척도로서 단위는 W (저항, R). R=. 𝑽 𝑰. (7.5). . 저항은 재료의 고유 속성이므로 재료의 종류에 따라서도 달라지지만, 형상(길이, 선의 두께나 지름), 온도에 따라서도 달라진다 1) 재료 종류 금속은 일반적으로 전기적으로 좋은 도체이므로 저항이 낮으며, 또한 같은 금속이라도 Aluminum 보다는 구리의 저항이 더 낮다 2) 형상 도선의 길이가 길수록, 지름이 가늘수록 저항은 커진다. 3) 온도가 높을수록 저항은 증가한다. Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.

Chapter 07 전기 7.3 전류 - 초전도 (계속) • 초전도(Superconductivity) . 전기의 흐름에 있어 전기 저항이 전혀 없는 상태를 뜻하는데, 일반적인 전기의 흐름에 이러한 현상을 이용하면 전력 송신에 손실이. 전혀 없어 효율을 엄청나게 높일 수 있는 이점이 있다. . 매우 제한적으로 특정한 금속의 화합물에서만 얻을 수 있으며, 초전도 현상이 발생하는 임계 온도(Tc)이하의 아주 낮은 온도에서만 발생하는 현상이므로 응용 분야가 많지는 않으나, 1911년 Onnes가 수은에서 이 현상을 발견한 이후 ( ☞ Figure 7S.14 in p223) 많은 진전을 거듭하여 초전도 자석 재료로 만들어진 입자 가속기를 이용한 대전 입자의 연구, 이를 이용한 자기 부상 열차, 의료용 진단기인 자기 공명 영상(MRI; Magnetic Resonance Imaging) 장치 등 응용 분야가 점점 넓어지고 있다 ☞ Photo in p249. . 이 현상의 응용의 관건은 임계 온도를 높여 상온과 가까운 온도에서 초전도 현상이 일어나는 재료를 찾는 것이며, Onnes가 이 현상을 발견한 대상이었던 수은의 임계 온도는 절대 0도 보다 별로 높지 않은 4.2 K이나, 현재 액체 질소의 끓는 점인 77 K 보다 높은 온도인 140 K(- 133 °C)에서 초전도 현상을 일으키는 재료까지 개발되었다 ☞ RA p223-224. 7.4 전기 회로와 Ohm의 법칙. Figure 7.14 수은의 초전도 현상. • 전압(전위, Voltage, V) 정의) 대전 입자가 할 수 있는 일을 전하의 크기로 나누어준 값으로서, 대전 입자가 가진 단위 전하 당 Energy. [전압] = [일] / [전하량]. (7.6a). V = W/q. (7.6b). . 전압의 단위는 V(Volt)이며, 정의에 의해 1 V = 1 J/C. . 전지는 전압을 전기 회로에 공급하여 주는데, 이를 통해 전하의 흐름(전류)아 생성되는 것은 마치 Pump가 압력을 가해 관로를 통해 물을 흐르게 하는 상황과 유사하다 ☞ Figure 7S.16 in p225. Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. Figure 7.16 (a) 전압에 의한 전기 흐름과 (b) 압력에 의한 물의 흐름.

Chapter 07 전기 7.4 전기 회로와 Ohm의 법칙 (계속) • Ohm의 법칙 . 도체를 통해 흐르는 전기 흐름은 도체 저항과 전압에 따라 달라지는데, (7.5)에서 이미 그 관계를 밝힌 바 있다 ☞ Section 7.3. R=. 𝑽 𝑽 (V = IR, 𝑰 = ) 𝑰 𝑹. (7.5). . . Ohm의 법칙은 식의 ( ) 안에 적은 변환식들 처럼 여러가지 형태로 표현할 수 있는데, 저항(전기 회로)에 걸리는 전압이 커질수록 전류는 따라서 커진다고 말할 수 있으며, I-V(전류-전압)의 관계는 R(저항)을 기울기로 삼는 직선적 변화를 보인다 ☞ Figure 7.17 in p226. . 이상적으로는 전류-전압의 관계가 직선적인 변화를 나타내지만 실제 회로에서는 여러가지 요인으로 인해 직선적 관계를 벗어나는 경우가 대부분인데, 전기 회로의 구성에 있어서 저항을 증가시키는 여러가지 요인이 존재하기 때문 e.g. 1) 전구에 흐르는 전류가 Figure 7.18 (in p226)에서 보인 것처럼 직선적 변화에서 벗어나는 것은. Figure 7.17 전류-전압 관계 Graph. Filament에서 열 손실이 발생하여 Filament가 뜨거워지면 저항 성분이 증가, I-V Graph에서 기울기 R의 중가로 표현된다. 2) 전기 도선을 땜(Soldering)하지 않고 단순히 꼬아서 잇게 되면 저항이 증가하여. Filament의 발열로 인해 저항이 커지는 현상으로 기울기가 증가하는 것을 볼 수 있다. Ohm의 법칙에서 벗어나게 된다 이런 현상을 “Ohmic Contact이 이루어지지 않았다”고 말하며, 집적회로에서도 각종 Contact이나 Via의 Ohmic Contact 형성 여부는 매우 중요하다). Figure 7.18 자동차 배면광 전구에서 전류-전압 곡선. Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.

Chapter 07 전기 7.4 전기 회로와 Ohm의 법칙 (계속) • 전기 회로의 구성 방법 - 직렬 회로와 병렬 회로 . 전기 회로를 구성하는 2가지 방법. 1) 직렬(Serial), 2) 병렬(Parallel). . 직렬 회로의 특징 - 전하의 이동 경로는 단 하나 밖에 존재하지 않는다 ☞ Figure 7.19 in p227. - 회로를 구성하고 있는 각 요소의 전류는 모두 동일하다 (따라서, 각 전구가 같은 규격이라면 전구의 밝기는 같다). Figure 7.19 직렬 회로. 각 요소의 전압의 합은 전원(전력 공급 장치)의 전압과 같다. - 직렬 회로에서는 구성 요소 어느 하나가 작동하지 않을 때 모든 회로의 전류는 끊기게 된다 (∵ 전하 이동 경로가 단 하나). . 병렬 회로의 특징 ☞ Figure 7.19 in p227 - 전하 이동 경로가 여러 개 존재하므로 전류는 각 경로에 분배되지만, 전압은 각 구성 요소의 전압은 같다. - 각 경로의 전류의 합은 출력 장치(전원 공급 장치)의 출력 전류와 동일하다 Figure 7.20 병렬 회로 - 직렬 회로와 달리 어느 한 경로의 구성 요소가 끊기더라도(작동하지 않더라도) 나머지 경로는 정상적으로 동작하게 된다. • 전기장의 존재와 전압 . 공간에 어떤 원인으로든 전기장이 존재하면 전기장은 전하에 대해 일을 할 수 있는 능력을 의미하는 것이므로 전압은 반드시 특정한 공급 장치나 전기 회로에만 존재하는 것이 아니다. . 전기장의 세기는 전기력선 방향으로 존재하는 단위 길이 당 전압 변화량*1으로 표현할 수 있으므로, 공기 중에서 원자들을 대전(Ionization)시키기에 충분히 강한 전기장이 존재한다면 공기 중에서도 전기의 흐름이 발생한다 (1 cm 당 10,000 -30,000 V 정도의 전기장이 존재한다면 공기 중에서도 전기의 흐름, 즉 전류 발생이 가능하다). *1. (7.3b) E = F/q, (7.3b) V = W/q로부터 E = F/q = F/(W/V) = FV/W = FV/Fd = V/d를 얻을 수 있는데, V의 SI 단위는 V(Volt)이고 거리. Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee. d의 SI 단위는 m이므로. 전기장 E(N/C)의 또 다른 단위는 V/m 가 된다.

Chapter 07 전기 7.5 전류에서 전력과 Energy • 일 출력(Power Output, 전력; Electric Power - 단위 시간 당 Energy, 또는 일의 개념, 즉 일률) . 전지나 전력 공급 장치에서는 Energy를 지속적으로 공급해야 하므로 공급되는 비율을 유지하는 것이 중요한데, 일 출력은 단위 시간 당 소비된 Energy의 양으로 정의. 아래의 표현으로부터 출력(일반적으로 일상 생활에서 전력이라고 부르는 양)의 단위는 식의 각 구성 요소의 단위로부터 따져 본다면 J/s를 얻을 수 있으며 이를 W(Watt)라고 부른다. [일 출력] = [Energy] / [단위 시간] = {[Energy] / [Coulomb]} x {[Coulomb 수] / [단위 시간]}. (7.7). [출력] = [전압] x [전류],. (7.8). P = VI = I2R. . ☞ RA p228 Bottom of LH - 229 LH 전력 공급 장치에서의 출력과 Energy 변환. • 전력 송출에서 고려해야 할 점에 대한 시사 - (7.8) . 전압을 높여 전력을 송출할수록 작은 전류로도 송출 가능하지만, 반대로 낮은 전압으로 송출하려면 큰 전류, 훨씬 굵은 전선을 써야 하므로 비현실적 (발전소에서 100 V를 사용한 전력 대신 34,500 V 고압으로 전력을 송출하는 이유). • 전력량( = Energy, 가정에서 일반적으로 전력량을 말할 때 사용하는 단위 ; kW∙h) . (7.6)에서 일 출력(단위 시간 당 한 일, 혹은 단위 시간 당 Energy와 동일한 개념)의 정의를 보면 아래와 같이 표현할 수 있다. P = E/t. (7.9a). E=P∙t. (7.9b). . 사용한 Energy의 양(E)은 (7.9b)의 표현에서 처럼 일 출력(일률)에 시간을 곱한 것이 된다. . 가정에서 일반적으로 사용하는 적산 전력계에 표시되는 전력량(전기 Energy 소비량)의 단위는 “kW∙h“이다. 1 kWh = 1 kW x 1 h = 1000 W x 3600 s = 3,600,000 J. Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. (7.10). Copyright by DH Lee.

Chapter 07 전기 7.6 교류와 직류 • 직류(Direct Current) . 일정한 방향으로만 이동하는 전기의 흐름으로서 직류 공급 장치는 회로 내에서 전류가 양극에서 나와 음극으로 가도록 해 준다. 회로의 저항이 변하지 않는다면 전류 크기는 일정하게 유지되므로, 시간에 따른 전류의 Graph는 단순한 수평선으로 표시된다 ☞ Figure 7.22 in p231. • 교류(Alternating Current) . 교류는 전류가 발생하는 두 전극의 극성이 교대로 바뀌는 전기 흐름으로서 전압 또한 번갈아 발생하게 되고, 이에 따라 전류도 그 방향이 교대로 변화하게 되며 연속적인 전류 공급을 위해서는 크기도 따라서 주기적인 변화를 겪는다 ☞ Figure 7.22 in p231. Figure 7.22 직류의 전류-시간 변화. . 교류는 시간에 따른 전류 변화 양상은 횡파의 특정 입자 위치-시간 변화와 동일한 영상으로 나타나므로 일종의 파동과 같은 변화를 한다고 볼 수 있다. . 발전소에서 가정으로 공급되는 교류의 일반적 방향 변화의 주기는 국가에 따라 따르지만, 50 Hz(한국), 또는 60 Hz(Europe)를 사용한다. • 교류 발생기(Alternator) . 교류를 직류로, 혹은 직류를 교류로 변환하는 장치를 사용하여 교류와 직류 간 변환이 가능하다 자동차에서는 일반적으로 주행 중에 교류를 발생시켜 이를 정류 장치(Rectifier)를 통해 직류로. Figure 7.22 교류의 전류-시간 변화. 변환하여 축전지에 저장하게 된다. . 대부분의 전기/전자 장치들은 직류를 사용하도록 설계되어 있지만 공장이나 가정으로의 송전을 위해서는 교류를 발생시켜 전력을 공급하게 되는데, 따라서 직류를 사용하는 대부분의 장치 내부에는 교류를 정류하여 직류로 변환하는 회로나 정류기가 필요하게 된다. . 그럼에도 불구하고 전력 생산과 송출에서 교류를 사용하는 것은 변압기를 써서 간단하고 용이하게 전압의 변화(승강)가 가능하기 때문 (직류에서는 이러한 역할을 하는 장치가 없다). Semiconductor Physics 2018 Fall, Dept. of SCEE, KDU. Copyright by DH Lee.