古典 電磁氣學

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v t e

電氣抵抗 (電氣抵抗, electrical resistance )은 導體 에서 電流 의 흐름을 妨害하는 程度를 나타내는 物理量 이다. 國際單位系 單位는 옴 이고 ${\displaystyle \Omega }$로 나타낸다. ^[1] 電氣 回路 理論에서는 簡單히 줄여 抵抗 이라고 부른다. 反對로 電氣를 얼마나 잘 흐르게 하는 지를 나타내는 物理量은 電氣 傳導度 (電氣傳導度, electrical conductance)라고 하고 ${\displaystyle \sigma }$로 나타낸다. 電氣 傳導度는 電氣抵抗의 逆數이다. ^[2]

槪要 [ 編輯 ]

電氣抵抗은 世紀 性質과 크기 性質 을 모두 보인다. 物質마다 서로 다른 값을 갖는 比抵抗은 電氣抵抗의 世紀 性質이고, 物質의 模樣은 크기 性質이다. 電氣抵抗의 比抵抗 (比抵抗, resistivity) ^[3] 은 物質에 따라 서로 다르다.

物體의 抵抗은 比抵抗이 클수록, 物體의 길이가 길수록, 斷面積이 작을수록 커진다. 어떤 物質의 比抵抗을 ${\displaystyle \rho }$, 길이를 ${\displaystyle L}$, 斷面積을 ${\displaystyle A}$라고 할 때 抵抗 ${\displaystyle R}$의 크기는 다음과 같은 關係를 보인다. ^[4]

${\displaystyle R=\rho {\frac {L}{A}}}$

電氣 回路에서 抵抗은 電流 의 흐름을 妨害하여 電壓 降下 를 일으킨다. ^[5] 따라서 回路의 두 地點 사이의 抵抗 ${\displaystyle R}$은 電壓 ${\displaystyle V}$와 電流 ${\displaystyle I}$의 比로 나타낼 수 있다. ^[6]

${\displaystyle R={\frac {V}{I}}\!}$

한便, 回路의 電氣 傳導度는 比抵抗의 逆數로 나타낼 수 있다. ^[2]

${\displaystyle \sigma ={1 \over \rho }}$

${\displaystyle \sigma }$ - 電氣 傳導度, ${\displaystyle \rho }$ - 抵抗

比抵抗 [ 編輯 ]

比抵抗의 크기가 작아 電氣를 잘 傳達하는 物質을 導體 , 比抵抗의 크기가 커서 電氣를 잘 傳達하지 못하는 物質을 不導體 라고 한다. 半導體 는 주어진 條件에 따라 導體와 不導體의 特徵을 모두 보일 수 있는 物質이다. ^[7]

잘 알려진 物質의 常溫 比抵抗은 다음과 같다. ^[8]

物質의 常溫 比抵抗

物質	比抵抗 (單位: ${\displaystyle \times 10^{-8}\Omega \cdot m}$
은	1.59
九里	1.68
金	2.44
알루미늄	2.65
텅스텐	5.6
니켈	6.99
철	9.71
白金	10.6
납	22

溫度와의 關係 [ 編輯 ]

物質의 比抵抗은 溫度에 따라 달라진다. 溫度에 따른 比抵抗 變化 比率을 抵抗溫度計數라고 하고 一般的으로 ${\displaystyle \alpha }$로 나타낸다. 溫度의 變化를 ${\displaystyle \Delta t}$라고 하면 常溫 比抵抗 ${\displaystyle R}$에 對한 變化된 比抵抗 ${\displaystyle R^{'}}$는 다음과 같이 나타낼 수 있다. ^[9]

${\displaystyle R^{'}=R+\alpha \cdot \Delta t}$

電氣回路에 使用되는 抵抗器 의 抵抗溫度計數는 1百萬分의 1 °C를 基準으로 하는 ppm/°C 로 나타낸다. 金屬皮膜型 抵抗器의 境遇 抵抗溫度計數는 約 ±50 - ± 200 ppm/°C 程度이다. ^[10]

옴의 法則 [ 編輯 ]

獨逸의 物理學者 게오르크 옴 이 發見한 옴의 法則 은 電流와 電壓 사이에 일정한 比例 關係가 成立한다는 것을 나타내는 法則이다.

${\displaystyle I\propto V}$

${\displaystyle I}$: 電流, ${\displaystyle V}$: 電壓

옴은 電壓과 電流의 이러한 比例 關係를 土臺로 電氣抵抗을 定義하고 다음과 같은 關係를 整理하였다. ^[11]

${\displaystyle V=IR}$

${\displaystyle I}$: 電流, ${\displaystyle V}$: 電壓, ${\displaystyle R}$: 抵抗

온저항 [ 編輯 ]

電氣 回路 에서 直流 와 달리 交流 는 일정한 週期를 갖고 電壓 과 電流 가 變化한다. ^[12] 一般的으로 電壓, 電流의 變化는 사인파 形態를 띈다. ^[13] 따라서 한 週期를 놓고 보았을 때 全體 電壓 또는 電流의 總 변화량은 0 이 되어버린다. 그러나 實際 電氣 回路가 하는 日 의 量은 0 이 아니므로 特定 瞬間의 電壓과 電流의 量인 巡視값과 一定 週期에서 實在 投與되는 實效값 을 考慮하여야 한다. ^[14] 온저항 ( 英語 : Impedance 임피던스 ^{[ * ]} )은 交流에 옴의 法則 을 適用하여 交流의 電流에 對한 電壓의 비를 나타낸 것이다. 略語로는 ${\displaystyle Z}$가 쓰인다. 回路 理論에서는 英語인 임피던스로 表記되는 境遇가 더 많다. ^[15]

${\displaystyle Z={\frac {V}{I}}}$

${\displaystyle Z}$: 온저항, ${\displaystyle I}$: 電流, ${\displaystyle V}$: 電壓

一般的인 供給 全員은 銅像(同相, in phase)이므로 電壓과 電流의 位相과 瞬間 變位는 같다고 看做하여 計算할 수 있다. ^[16] 電氣 回路가 抵抗 成分만을 갖는다면 電壓과 電流의 位相變化는 없고 溫抵抗 亦是 田園의 實效 電壓과 實效 電流로만 計算될 수 있다. 그러나, 誘導係數 를 갖는 誘導者 나 電氣容量 을 갖는 蓄電器 는 電流와 電壓의 位相을 변화시킨다. 純粹한 誘導係數 回路나 電氣容量 回路에서 電壓과 電流는 90°의 位相差異를 보인다. 實在 모든 電氣 回路는 抵抗 成分이 함께 나타나기 때문에 電壓과 電流의 位相車는 0°와 90°사이의 어떠한 값이 된다. ^[17]

交流 電氣 回路에서 온저항은 電壓과 電流의 位相差에 따른 變化를 反映하여 計算하게 된다. 位相差에 依해 發生하는 抵抗 成分의 變位 百터를 反應抵抗 이라고 한다. 反應抵抗은 빛이나 熱을 發生시키는 일을 하지는 않지만 電氣 에너지의 一部를 吸收하거나 排出하는 役割을 하기 때문에 結果的으로 온저항의 값에 影響을 미친다. ^[15] 따라서 交流 回路의 電氣抵抗은 빛과 熱을 發生시키며 電氣 負荷 의 役割을 하는 實效抵抗과 誘導者나 蓄電器 等의 位相 變化에 따라 發生하는 反應抵抗으로 區分될 수 있다. 實在 電氣 部品은 誘導者나 蓄電器 亦是 스스로도 自體 抵抗값을 갖고 있기 때문에 純粹한 誘導係數나 電氣容量에 部品 自體의 實效抵抗을 直列 連結한 것으로 把握하는 等價回路 를 利用하여 計算한다. ^[18]

電氣容量에 依한 位相 變化는 電流가 電壓보다 90° 앞서고, 純粹 誘導係數에 依한 位相 變化에서는 電流가 電壓보다 90°뒤에 놓인다. ^[19] 어느 境遇든 電氣回路에서 이러한 位相 變化는 結局 電流 進行 方向에 反對되는 起電力을 일으켜 電流의 흐름을 妨害하게 된다. 이것이 빛과 熱을 發生하지 않음에도 이들이 抵抗으로 分類되는 理由이다. ^[20] 一般的으로 實效抵抗은 ${\displaystyle R}$, 誘導反應抵抗은 ${\displaystyle X_{L}}$, 容量反應抵抗은 ${\displaystyle X_{C}}$로 表記한다.

誘導反應抵抗 ${\displaystyle X_{L}}$과 容量反應抵抗 ${\displaystyle X_{C}}$는 다음과 같이 나타낼 수 있다. ^[21]

${\displaystyle X_{L}=2\pi f\cdot L=\omega L}$

${\displaystyle X_{L}}$: 誘導反應抵抗, ${\displaystyle 2\pi f=\omega }$: 周波數 成分에 따른 位相, ${\displaystyle L}$: 誘導係數

${\displaystyle X_{C}={\frac {1}{2\pi f\cdot C}}={\frac {1}{\omega C}}}$

${\displaystyle X_{C}}$: 容量反應抵抗, ${\displaystyle 2\pi f=\omega }$: 周波數 成分에 따른 位相, ${\displaystyle C}$: 電氣容量

온저항은 實效抵抗과 反應抵抗의 제곱平均제곱根 으로 나타낼 수 있다. 따라서 다음과 같이 計算한다. ^[21]

(온저항) ² = (實效抵抗) ² + (反應抵抗) ²

= (實效抵抗) ² + (誘導反應抵抗 - 容量反應抵抗) ²

온저항을 ${\displaystyle Z}$라 하면,

${\displaystyle Z={\sqrt {R^{2}+(X_{L}-X_{C})^{2}}}}$

온저항은 反應抵抗의 位相 變化를 複素平面 에 두어 計算할 수 있다. 이때 온저항은 다음과 같이 나타낸다. ^[22]

${\displaystyle Z=R+jX}$ ( ${\displaystyle j}$는 虛數 單位 )

온저항 百터를 나타내는 複素平面에서 虛數軸은 反應抵抗에 따른 位相 變化의 發生을 나타낸다. 反應抵抗이 0보다 크다는 것은 結果的으로 回路에서 測定하는 두 地點 사이에 흐르는 電流의 位相이 電壓 位相의 變化보다 遲延된다는 意味이고 0보다 작다면 그 反對를 뜻한다. ^[23]

같이 보기 [ 編輯 ]

• 電氣 理論 : 옴의 法則 , 電力 , 電壓 , 電流
• 電氣 回路 : 抵抗器 , 蓄電器 , 誘導者

各州 [ 編輯 ]