[화공생물공학기초실험] 고분자를 이용한 축전기(Capacitor)의 제작과 정전용량(Capacitance) 측정

소개

동국대학교 2022-2 화공생물공학기초실험 A+ 결과레포트

목차

1. Abstract

2. Introduction

3. Materials & Methods
1) 실험 기구 및 시약
2) 실험 방법

4. Results
1) PVA의 이론적인 유전율과 실험 결과로 계산한 유전율 비교
2) 면적에 따른 정전용량의 변화를 그래프로 나타내고 경향성을 분석

5. Discussion
1) 정전용량 관측값의 오차범위
2) 관측된 정전용량 평균값과 이론값의 차이

6. Conclusion

7. Reference

본문내용

본 실험에서는 대표적인 전자소자인 축전기의 역할 및 구조와 원리를 이해하고, 절연 특성을 가지는 폴리비닐알코올을 바코팅을 통해 박막성형한 축전기를 제작한다. 제작한 축전기의 정전용량을 측정하고 이에 대해 이해하는 것을 목적으로 한다.
축전기는 수동소자의 한 종류로, 평행한 두 개의 도체판 사이에 유전체가 있는 구조이다. 축전기를 직류 전압 배터리에 연결하면, 한쪽 도체판에서 반대쪽 도체판으로 전자가 이동한다. 축전기에 형성된 전압이 전원의 전압과 동일하여 전자의 이동이 멈춘다. 이때 발생한 전기장으로 유전체 내부에서 유전분극 현상이 일어나고, 축전기에 전하가 저장되며 이는 일시적인 전지로 작용한다.
이때 축전기에 저장될 수 있는 단위 전압 당 전하의 양을 정전용량이라고 한다. 단위 전압 당 전하가 많을수록 정전용량이 커진다. 또한 도체판의 유효 판 면적이 커질수록 정전용량이 커지고, 판 간 거리가 멀수록 절연물이 파괴되는 전압인 파괴전압이 커지지만 정전용량은 작아진다. 정전용량(C)은 전하량(Q)와는 비례하고, 전압(V)와는 반비례한다.
절연 재료인 모든 유전체는 축전기가 저장하는 에너지 용량을 증가시킨다. 전계를 형성하는 정도를 나타내는 재료의 성질을 유전상수 또는 비유전율이라고 하고, 기호로는 εr을 사용한다. 정전용량은 유전상수와 비례한다. 진공의 유전상수가 1이면, εr이 5인 재료는 다른 조건이 동일하다는 가정 하에 공기의 정전용량의 다섯배이다.
εr은 진공의 유전율에 대한 어떤 재료의 유전율의 비율로 정의되므로, 단위가 없다.

참고자료

· 화공생물공학과 교수진. “화공생물공학기초실험”. 동국대학교 화공생물공학과. 2022. pp. 53–58.
· 김연국, 이정민, 임지원, 이영무. "복합막 제조를 위한 가교된 폴리비닐알코올 막의 특성 평가와 이를 이용한 투과증발 분리." 멤브레인 9.3. 1999. 157-162.
· Kang, Se-Goo, Park, Young Cheol, 김상경, Im, Seong-Yeop, 정두환, 장재혁, & 백동현. (2008). Performance of Membrane Electrode Assembly for DMFC Prepared by Bar-Coating Method. Journal of the Korean Electrochemical Society, 11(1), 16–21.
· 최진은, 공수철, 전형탁, 박형호, 장호정. ITO/glass 기판위에 제작된 Cross linked PVA 유기 게이트 절연막의 전기적 특성. 반도체디스플레이기술학회지 제9권 제4호. 2010. pp. 1-5.