안녕하세요. 구본민 전문가입니다.
Q. 전기는 고체, 액체, 기체 중 어디에 속할까요?
안녕하세요. 구본민 박사입니다.전기는 고체, 액체, 기체처럼 "물질"로 분류되지 않습니다. 전기는 실제로 물질이라기보다는 에너지의 한 형태로 이해해야 합니다. 고체, 액체, 기체는 모두 물질 상태로, 특정한 질량과 부피를 가지고 원자나 분자로 구성되어 있습니다. 하지만 전기는 물질과는 달리 전자들의 이동에 의해 발생하는 현상입니다.구체적으로 전기는 다음과 같은 두가지 중요한 개념으로 설명 될 수 있습니다. 전류 : 전자는 물질 속에서 자유롭게 움직일 수 있는데, 이러한 전자들이 특정한 방향으로 흐르면 전류가 발생합니다. 예를 들어, 금속과 같은 도체에서는 전자들이 자유롭게 이동할 수 있어 전기가 흐릅니다.전하 : 전기는 전하(양전하와 음전하) 사이의 상호작용에 의해 발생하는 힘입니다. 이러한 전하는 물질의 구성 요소인 원자 안에서 나타나는 현상입니다. 원자 내 전자의 이동이나 분포에 따라 전기적 특성이 나타납니다.따라서 전기는 물질이 아닌 물질 내에서 전자의 흐름으로 인해 발생하는 에너지의 형태라고 보는것이 맞습니다.
Q. 전기회로에 사용되는 접지에 관하여.
안녕하세요. 구본민 박사입니다.전기 회로에서 접지는 매우 중요한 역할을 수행합니다. 접지는 안전성을 높이고 회로의 정상적인 작동을 보장하는 핵심 요소입니다. 접지는 전기 시스템과 지구(또는 다른 큰 전위체) 사이에 물리적 연결을 만들어 전위 차를 제어하는 것을 의미합니다. 접지의 주요 기능과 중요성에 대해 설명드리겠습니다. 안전성 확보 : 접지의 가장 중요한 역할은 전기 장치나 회로에서 발생할 수 있는 누전이나 과전류로 인한 감전 사고를 예방하는 것입니다. 만약 기기 내부의 전선이 손상되거나 절연이 파손되어 금속 외장에 전류가 흐를 경우, 사람이 이 기기를 만지면 감전될 수 있습니다. 하지만 접지를 통해 기기의 금속 외장 부분이 지구와 연결되어 있다면, 누설 전류가 사람을 통과하지 않고 접지선을 통해 안전하게 흘러나가게 됩니다..정전기 방지 : 전기 시스템에서 정전기는 회로와 기기에 손상을 줄 수 있습니다. 접지는 이러한 정전기 축적을 방지해, 전자 기기들이 안전하게 작동할 수 있도록 도와줍니다. 특히 민감한 전자 부품들은 정전기나 누전으로 인한 작은 전기 충격에도 손상될 수 있으므로, 접지를 통해 전하가 대지로 흘러나가도록 하여 보호합니다.안정적인 전압 제공 : 접지는 회로 내에서 전압의 기준점을 제공하는 역할을 합니다. 전기 회로에서 전류는 전위차에 의해 흐르는데, 접지를 통해 회로 전체가 안정적인 전위 상태를 유지할 수 있습니다. 접지가 없으면 회로 내의 전압 기준이 불안정해져 노이즈가 발생하거나, 회로가 정상적으로 작동하지 않을 수 있습니다.과전압 보호 : 전기 회로에 갑작스러운 과전압이 발생할 때, 접지는 이를 효과적으로 방지하는 역할을 합니다. 번개와 같은 전기적 충격이 발생하면, 전기 시스템에 높은 전압이 가해질 수 있는데, 접지가 없다면 이 과전압이 회로와 장비에 손상을 줄 수 있습니다. 하지만 접지가 되어 있으면 과전압이 안전하게 대지로 흘러가면서 회로와 기기가 보호됩니다. (서지보호장치)노이즈 제거 : 접지는 회로에서 발생하는 노이즈를 제거하는 데 중요한 역할을 합니다. 고주파 신호나 불필요한 전자기 간섭(EMI)이 발생할 경우, 접지를 통해 이러한 신호를 대지로 흘려보내 회로의 신호 품질을 높일 수 있습니다. 특히 오디오 장비나 통신 장비에서는 접지를 통해 노이즈를 줄여 신호의 순도를 높이고, 원하지 않는 잡음을 제거합니다.정리해 보면 전기회로에서 접지는 안전성을 보장하고, 정전기와 과전압으로 부터 장비를 보호하며, 회로 내에서 안정적인 전압 기준을 제공하는 중요한 역할을 합니다. 접지가 제대로 되어 있지 않으면 감전 위험이나 장비손상, 회로 오류 등이 발생 할 수 있으므로, 안전한 전기 시스템을 위해 반드시 적절한 접지가 필요합니다. 앞서 어떤 분이 컴퓨터가 꺼진 상태에서 찌릿찌릿한 느낌이 난다는 질문을 하신 분이 계신데, 이러한 현상도 접지를 적절하게 하면 해소 될 수 있습니다.
Q. 전동기의 기본 원리에 대해서 궁금합니다.
안녕하세요. 구본민 박사입니다.전동기에 대한 깊이있는 이해는 생각보다 상당히 복잡합니다. 저도 모터제어쪽 관련된 여러 프로젝트를 수행했지만 수행할때 마다 저마다 다른 시스템 특성 때문에 고생한 기억이 있는데요. 전동기의 기본 원리에 대해 간단하게 정리해 보겠습니다. 전동기(모터)의 기본적인 원리는 전자기 유도와 전자기력을 활용하여 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 것입니다. 전동기는 전기회로 내의 전류가 자계(자기장)와 상호작용하면서 회전력(토크)을 발생시키는 원리로 동작합니다.기본 구성 요소고정자(스테이터, Stator): 전동기의 고정된 부분으로, 자석이나 전자석을 사용하여 자기장을 형성하는 역할을 합니다.회전자(로터, Rotor): 전동기의 회전하는 부분으로, 전류가 흐르는 도체 코일로 구성되어 있으며, 고정자의 자기장과 상호작용하여 회전력을 받습니다.원리 : 전자기력(로렌츠 힘)전동기의 핵심 원리는 로렌츠 힘(Lorentz force)입니다. 이는 전류가 흐르는 도체가 자기장 안에 있을 때, 자기장과 전류의 상호작용으로 인해 도체에 힘이 발생한다는 것입니다.전류가 흐르는 도체에 자기장이 가해지면, 도체에 힘이 발생하여 회전하거나 움직이게 됩니다. 이때 발생하는 힘을 전자기력이라 하며, 이 힘이 전동기에서 회전 운동을 만들어냅니다.동작 원리1) 전류가 흐르는 도체와 자기장의 상호작용: 전동기 내부의 회전자에 전류가 흐르면, 고정자가 형성하는 자기장과 상호작용하게 됩니다. 자석의 N극과 S극 사이에 전류가 흐르는 도체가 놓이면, 자기장과 전류 사이의 상호작용에 의해 회전자에 회전력(토크)이 발생합니다.2) 지속적인 회전: 전동기가 계속 회전하기 위해서는 회전자가 한 방향으로 지속적으로 힘을 받아야 합니다. 이를 위해 교류 전류 또는 직류 전류를 사용해 전류 방향을 바꾸거나, 전자석의 극성을 변경하여 지속적으로 회전 운동을 유지할 수 있게 합니다.직류 전동기(DC 모터)의 경우, 정류자(commutator)를 사용해 회전자에 흐르는 전류 방향을 주기적으로 바꾸어 회전 방향이 일정하게 유지되도록 합니다.교류 전동기(AC 모터)는 교류 전류의 주기적인 변화를 이용해 고정자의 자기장이 변화하면서 회전자가 지속적으로 회전할 수 있도록 합니다. 전동기는 전류가 흐르는 도체가 자기장과 상호작용하여 전자기력을 발생시키고, 이 힘을 통해 회전 운동을 만드는 원리로 동작합니다. 이 기본 원리를 바탕으로 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하여, 다양한 전자기기와 기계에서 사용됩니다. 흥미롭게도 전동기의 회전축을 외부에서 물리적인 힘으로 회전을 시키면 발전기로 동작해서 전기를 만들어 낼 수 있습니다. 이 회전운동을 바람, 물, 파도 등을 이용해서 풍력, 수력, 조력 발전을 수행합니다. 전동기에 대해 좀더 깊이 있게 이해하고 이를 구동하기 위한 회로와 알고리즘을 공부해 보면 생각 보다 이 분야가 매우 재미 있다고 느낄 실 수 있을것 같습니다. 오늘도 좋은 하루 되세요.
Q. 전기 회로 내에서 저항에 대해서 질문드립니다.
안녕하세요. 질문하신 내용들이 커패시더, 인덕터, 전자기 유도등 전자공학쪽 전공을 하시는 분이 아닐까 조심스레 생각해 봅니다^^전기 회로 내에서 저항은 매우 중요한 역할을 합니다. 저항은 전기 흐름, 즉 전류의 흐름을 제어하는 요소로, 전기 회로의 여러 부분에서 다양한 기능을 수행합니다. 저항의 역할을 이해하기 위해서는 몇 가지 핵심적인 기능을 살펴보는 것이 도움이 됩니다.전류 제한 : 저항의 가장 기본적인 역할은 전류를 제한하는 것입니다. 회로에서 저항이 없으면 전류가 무한정 흐르려고 할 수 있으며, 이는 과전류로 인해 회로나 전자 부품이 손상될 수 있습니다. 저항은 옴의 법칙(Ohm's Law, V = IR)에 따라 전압과 전류의 관계를 결정하는데, 저항이 크면 전류가 적게 흐르고, 저항이 작으면 더 많은 전류가 흐르게 됩니다. 전압 분배 : 저항은 전압을 분배하는 데에도 사용됩니다. 여러 저항을 직렬로 연결하면 각 저항에 걸리는 전압이 달라지며, 이를 이용해 특정 지점에 원하는 전압을 걸 수 있습니다. 이를 전압 분배기(voltage divider)라고 합니다.신호 처리 및 필터링 : 저항은 신호 처리와 필터링에도 자주 사용됩니다. 저항은 커패시터와 함께 특정 주파수 대역을 통과시키거나 차단하는 필터 회로를 구성할 수 있습니다. 이를 통해 고주파나 저주파 성분을 선택적으로 걸러내는 작업이 가능합니다.전력 소모 및 열 발생 : 저항은 전류가 흐를 때 전력을 소모하며, 이 전력은 열 에너지로 변환됩니다. 일부 회로에서는 의도적으로 전력을 소모해 열을 발생시키는 히터 역할을 하거나, 회로에서 에너지를 소모시켜 다른 부품들이 안전하게 작동할 수 있도록 합니다.신호 감지(센싱저항): 저항을 통해 전류나 전압의 변화를 감지할 수도 있습니다. 이를 통해 센서로부터 들어오는 신호를 처리하거나, 다른 회로의 상태를 모니터링하는 데 사용됩니다. 저항을 이용해 회로에서 흐르는 전류의 변화를 측정하거나 검출할 수 있습니다.정리해 보면 저항은 전자 회로에서 전류를 제한, 전압분배, 신호처리 및 필터링, 전력을 소모해 열 발생 등 다양한 역할을 수행합니다. 저항의 역할에 대해 이해가 되셨나요? 전자공학쪽에서 훌륭한 엔지니어가 되시길 기원합니다. 감사합니다.
Q. 오래된 휴대폰 배터리가 부풀어올라있는데 처리방법이 궁금합니다.
안녕하세요. 오래 방치한 휴대폰 배터리가 부풀어 올랐다면, 이는 배터리 내부에서 화학 반응이 일어나 가스가 발생하면서 생기는 현상입니다. 이는 리튬 이온 배터리에서 종종 발생하는 현상으로 매우 위험할 수 있습니다. 부풀어 오른 배터리는 폭발하거나 화재로 이어질 수 있기 때문에, 이를 안전하게 처리하는 것이 중요합니다. 즉시 사용 중지 : 부풀어 오른 배터리는 즉시 사용을 중지하여야 하며, 더이상 충전하거나 기기의 전원을 켜지 말고 배터리를 분리할 수 있다면 분리하면 좋겠지만 요즘 휴대폰은 그게 힘들기 때문에 일단 완전히 방전될 수 있도록하고 사용하지 말아야 합니다. 휴대폰 배터리가 부풀어 올라 액정이 벌어졌다면 계속 사용을 위해서는 서비스센터에서 배터리 교체와 점검이 필요해 보입니다.