본문내용
1. 전위차계와 기전력 측정
1.1. 전위차계의 특성
전위차계는 이미 알고 있는 표준 전압을 기준으로, 알지 못하는 전압이나 기전력을 그 기준과 평형되게 하여 전압 또는 기전력의 값을 측정하는 장치이다. 측정하고자 하는 전압과 기전력에서 전류를 받지 않거나, 흘려보내더라도 매우 미소한 값에 국한된 상태에서 측정할 수 있다는 것이 전위차계의 주요한 특징이다. 전위차계에서는 평형을 고감도의 검류계로 검출한다. 따라서 전위차계는 전압이나 기전력을 정밀하게 측정할 수 있는 장치라고 할 수 있다.
1.2. 비저항
비저항은 단위면적당 단위 길이당 저항이며 물질에 따라 다른 값을 가진다. 비저항의 단위는 MKS단위계에서 Ωm이다. 비저항은 물질이 얼마나 전류를 잘 흐르게 하는가에 대한 양인 전도율과 역수관계(비저항=1/전도율)에 있다.
비저항이 ρ인 물질이 단면적 A, 길이 L일 때 저항 R은 R = ρ L/A로 주어진다. 여기서 저항(R)의 요소는 세 가지가 있다. 첫째는 전자의 이동에 대한 물질의 특성 비저항(ρ), 둘째는 단면적(A), 셋째는 길이(L)이다. 단면적과 길이는 물질의 모양에 따른 값으로 물질의 특성은 아니다.
예를 들어, 파이프에 흐르는 물을 전류라 생각하면 파이프의 굵기가 작을수록 그리고 파이프의 길이가 길수록 물의 흐름은 느리게 된다. 전류도 저항체의 단면적이 작을수록 그리고 길이가 길수록 전류는 작아지며 이는 저항이 커지는 것과 같은 의미이다. 여기서 전자의 이동에 대한 물질의 특성이 비저항(ρ)이다.
따라서 비저항은 물질의 내부 구조와 전자의 이동 특성을 나타내는 중요한 물리량이라고 할 수 있다.
1.3. 기전력
기전력은 단위전하 당 한 일이다. 간단히 말해 낮은 퍼텐셜에서 높은 퍼텐셜로 단위전하를 이동시키는 데 필요한 일이다. 기전력의 SI 단위는 J/C이며 볼트와 같다. 기전력은 전위차와 마찬가지로 볼트(V)라는 단위로 측정한다.
전지, 발전기 등은 다른 형태의 에너지를 전기에너지로 바꿈으로써 지속적으로 기전력을 얻을 수 있도록 고안되어 있으며, 회로를 열었을 때의 단자(端子) 사이의 전위차로 정의한다. 기전력은 회로에 전압을 공급하는 역할을 하며, 전하를 움직이게 하는 힘이 된다. 이상적인 기전력 장치는 내부저항이 없는 장치이며, 이때 기전력 장치의 양 끝 사이의 퍼텐셜차가 곧 기전력이 된다. 하지만 실제 기전력 장치는 내부저항이 있으며, 이로 인해 회로에 전달되는 전압은 기전력보다 작아지게 된다.
즉, 기전력은 전기회로에서 전하를 움직이게 하는 힘이자 전압원으로서의 역할을 하며, 내부저항이 존재할 경우 실제 회로에 전달되는 전압은 기전력보다 작아지게 된다. 따라서 기전력은 전기회로를 작동시키는 데 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다.
1.4. 표준전지의 특성
표준전지는 전위차를 측정할 때 표준으로 사용되는 전지이다. 온도가 일정하면 일정한 기전력을 가지며, 전류 흐름을 목적으로 하지 않고 전압의 기준으로 사용된다.
표준전지의 구성은 양극에 수은, 음극에 카드뮴아말감, 전해액으로 황산카드뮴을 사용한다. 이를 웨스턴 또는 카드뮴 표준전지라고 한다. 20도 셀시스에서 기전력은 1.0183V이며, 온도가 1도 셀시스 상승할 때마다 0.04mV 감소한다.
표준전지는 전위차를 측정할 때 기준이 되는 전지로, 일정한 기전력과 온도 특성을 가지고 있어 전압 측정의 기준으로 널리 사용된다.
2. 회로 이론
2.1. 기전력
기전력은 단위 전하당 한 일이다. 간단히 말해 낮은 퍼텐셜에서 높은 퍼텐셜로 단위전하를 이동시키는 데 필요한 일이다. 기전력의 SI 단위는 J/C이며 볼트와 같다. 기전력은 전위차와 마찬가지로 볼트(V)라는 단위로 측정한다. 전지, 발전기 등은 다른 형태의 에너지를 전기에너지로 바꿈으로써 지속적으로 기전력을 얻을 수 있도록 고안되어 있으며, 회로를 열었을 때의 단자(端子) 사이의 전위차로 정의한다.
전하의 흐름을 일정하게 유지하려면 전하의 펌프 같은 것이 필요하다. 이때 전하의 흐름을 일정하게 유지해주는 장치를 기전력 장치라고 한다. 보통 기전력 장치는 양극 단자의 퍼텐셜을 음극 단자보다 높게 유지한다. 이에 기전력 장치를 회로에 연결하면 내부의 화학반응에 의해 양전하가 화살표를 따라 음극에서 양극으로 이동...
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