안녕하세요. 구본민 전문가입니다.
Q. 인류가 전기를 발견한 계기가 뭔가요?
안녕하세요. 현대 사회를 살아가는 우리에게 전기는 없어서는 안될 중요한 혜택입니다. 당장 요즘 같은 더위에 에어컨을 켤수 없다면 정말 상상도 할 수 없겠죠? 이런 전기가 어떻게 발견되고 지금에 이르게 되었는지 순서대로 설명드려 볼게요.고대 전기의 발견전기의 존재는 아주 오래전부터 자연 속에서 관찰되었습니다. 고대 그리스 철학자 탈레스(Thales of Miletus)는 기원전 600년경 호박을 천으로 문지르면 가벼운 물체가 달라붙는 현상을 처음으로 기록했습니다. 이 현상은 오늘날 우리가 "정전기"라고 부르는 것과 관련이 있습니다. 또한 고대 이집트와 메소포타미아 지역에서는 "바그다드 전지"라 불리는 것으로 알려진 기구들이 발견되었는데, 이는 전기 화학 반응을 통해 전류를 발생시킬 수 있는 장치일 가능성이 있다고 추정됩니다.근대 전기 발견의 시작하지만 전기에 대한 체계적인 연구는 17세기와 18세기에 이르러서야 본격적으로 이루어졌습니다. 영국의 과학자 윌리엄 길버트(William Gilbert, 1544-1603)는 전기의 여러 성질을 연구하고, 자성과 전기의 차이를 설명하기 위해 "전기(electricus)"라는 용어를 처음 사용했습니다. 이 용어는 그리스어에서 유래한 것으로, "호박"을 뜻하는 electron에서 파생되었습니다.전기 실험과 발전기의 발명18세기에는 과학자들이 전기를 실험적으로 연구하기 시작했습니다. 벤자민 프랭클린(Benjamin Franklin, 1706-1790)은 번개가 전기의 한 형태라는 것을 입증하기 위해 유명한 연 실험을 진행했습니다. 그는 연을 날려서 번개가 전기라는 사실을 확인했고, 그 결과로 피뢰침을 발명하기도 했습니다.이와 동시에 이탈리아의 루이지 갈바니(Luigi Galvani, 1737-1798)는 개구리 다리 실험을 통해 생물체 내의 전기적 현상을 발견했고, 그의 동료이자 경쟁자였던 알레산드로 볼타(Alessandro Volta, 1745-1827)는 이를 바탕으로 최초의 전기 화학 전지인 볼타 전지를 발명했습니다. 이로써 인류는 지속적인 전기를 생산할 수 있는 장치를 가지게 되었습니다.전기의 실용화19세기에는 전기의 다양한 성질과 법칙이 발견되며, 전기가 더 널리 활용되기 시작했습니다. 마이클 패러데이(Michael Faraday, 1791-1867)는 전자기 유도 법칙을 발견해 전기를 발전시키는 방법을 고안했고, 이는 전기 발전기의 발명으로 이어졌습니다. 이후, 토머스 에디슨(Thomas Edison)과 니콜라 테슬라(Nikola Tesla) 같은 발명가들이 전기 에너지를 실생활에 적용하는 데 크게 기여하며, 현대 전력 시스템이 탄생하게 되었습니다.요약해 보면 전기의 발견은 자연 속에서 전기 현상을 관찰한 고대 사람들로부터 시작하여, 근대의 과학자들이 다양한 실험을 통해 전기의 성질을 체계적으로 이해하고 활용하는 방법을 개발하면서 이루어진 것입니다. 이러한 연구와 실험의 누적된 결과가 오늘날 우리가 사용하는 전기 에너지원의 기초가 되었습니다. 전기가 역사적으로 이러한 과정을 거치면서 인류의 중요한 에너지원이 되었습니다.
Q. 전기를 만질때 장갑을 비닐장갑 끼면되나요?
안녕하세요. 비닐장갑을 끼면 전기가 통하지 않는 것도 어느 정도는 사실이지만 여기에는 오해의 소지가 있습니다. 전기를 다룰때 비닐로 몸을 두르면 안전하다고 생각하는 것은 위험할수 있습니다. 비닐은 기본적으로 전기를 잘 통하지 않는 절연체 입니다.그렇기 때문에 비닐장갑을 끼고 있으면 약한 전류나 정전기로부터는 어느 정도 보호될 수 있습니다. 하지만 실제 전기 작업 환경에서는 훨씬 더 강한 전류와 전압이 흐르기 때문에, 비닐로 감싼다고 해서 전기 충격으로부터 안전할 수 있는 것은 아닙니다.비닐의 두께나 품질에 따라 전기 절연 효과가 달라질 수 있습니다. 얇은 비닐은 고전압이나 고전류를 충분히 막지 못할 수 있습니다.전기 작업 시 발생할 수 있는 고전압 상황에서는 비닐 같은 일상적인 소재는 전혀 보호를 제공하지 못합니다. 실제로 높은 전압은 공기 중에서도 아크를 통해 전달될 수 있기 때문에, 비닐은 아무런 도움이 되지 않을 수 있습니다.정전기 방지 목적의 비닐은 있을 수 있으나, 이는 고전압 전기 충격과는 전혀 다른 개념입니다. 즉, 정전기 방지를 위해 비닐을 사용하는 것과 고전압 전기 충격을 막기 위해 사용하는 것은 전혀 다른 문제입니다.전기 작업을 할 때는 전문적인 절연 장비와 안전 장치를 사용하는 것이 필수입니다. 고무 절연 장갑, 절연화, 절연 매트 등은 전기 작업자들을 보호하기 위해 설계된 장비들입니다. 비닐로 몸을 감싸는 것은 전기 작업 시 적합하지 않으며, 오히려 위험을 초래할 수 있습니다.자칫 방심하면 큰 사고로 이어질 수 있는 전기를 다루는 일에는 안전을 위한 충분한 보호 장비가 필요합니다. 이점 유의하시길 부탁드립니다. 감사합니다.
Q. 전기 회로에서 '비례 제어'란 무엇인가요?
안녕하세요. 비례제어란 PID 제어에 나오는 개념인데 솔직히 좀 방대한 부분이 있어서 설명이 가능할지 모르겠습니다. 일단 간략하게 나마 설명 드려 보겠습니다. 비례제어는 제어시스템에서 사용하는 가장 기본적인 피드백 제어 기법 중 하나입니다. 비례제어는 입력 신호와 출력 신호간의 관계를 일정한 비율로 유지하는데 중점을 두고 있으며, 전기회로나 다양한 자동화 시스템에서 사용되며, 특히 온도조절, 모터속도 제어, 전압 조절등의 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 조금더 구체적으로 살펴 보겠습니다. 비례 제어는 제어 시스템에서 '오차(Error)'를 기준으로 동작합니다. 여기서 '오차'란 목표값(Setpoint)과 실제 출력값(Actual Output)의 차이를 의미합니다. 비례 제어는 이 오차에 비례하여 제어 신호를 생성합니다. 다시 말해, 오차가 클수록 제어 신호도 커지고, 오차가 작아지면 제어 신호도 작아집니다.이를 수식적으로 표현해 보면 제어 출력 = Kp X ( 목표값 - 시스템 출력값)Kp는 비례 이득으로 오차에 대한 제어 반응의 크기를 결정하는 상수 입니다. 목표값과 시스템 출력값의 차이는 오차값이 되는 것이고 그 오차에 비례 이득 Kp가 곱해져서 제어 입력이 되는 것입니다. 전기 회로에서 비례 이득은 다음과 같은 역할을 할 수 있습니다. 전압 또는 전류제어 : 비례 제어는 전기 회로에서 특정 전압이나 전류를 일정하게 유지하기 위해 사용됩니다. 예를 들어, 전압 조정기가 전압 변화를 감지하고 원하는 전압 수준을 유지하도록 제어할 때 비례 제어를 사용할 수 있습니다.모터 속도 제어 : 비례 제어는 모터의 속도를 조절하는 데도 활용됩니다. 모터가 목표 속도에 도달하지 못한 경우, 비례 제어기를 사용하여 필요한 전압 또는 전류를 조정하여 목표 속도에 도달하도록 합니다.온도 조절 : 전기 히터 또는 냉각 시스템의 온도 제어에서 비례 제어는 목표 온도와 실제 온도 간의 차이에 따라 전력 출력을 조절합니다.일반적으로 피드백 제어를 수행할 때 비례제어 만으로는 한계가 있기 때문에 적분 제어(Integral Control)' 및 '미분 제어(Derivative Control)'와 결합하여 사용됩니다. 이를 ‘PID 제어(Proportional-Integral-Derivative Control)’라고 합니다. PID 제어는 비례 제어의 장점은 유지하면서 잔류 오차를 줄이고, 불안정성을 최소화하며, 전체 시스템 성능을 개선하는 데 효과적입니다.비례 제어는 전기 회로에서 매우 유용한 기본 제어 기법으로, 오차에 비례하여 시스템을 조정하는 방식으로 빠르고 직관적인 제어를 제공합니다. 하지만 단독으로 사용될 경우 잔류 오차나 불안정성 등의 문제를 일으킬 수 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 종종 다른 제어 기법과 결합하여 사용됩니다. 이를 통해 전기 회로에서 더 안정적이고 효율적인 성능을 얻을 수 있습니다.설명이 좀 길어진거 같은데, 설명 드리다 보니 그렇게 되었습니다. 비례 제어에 대해 관심이 있으셨으니 적분제어와 미분제어에 대해서도 좀더 확인해 보시면 좋을거 같습니다. 궁금증에 조금이나마 도움이 되셨길 바랍니다. 오늘도 좋은 하루되세요.
Q. 전기 용어중에 표피효과가 무엇인가요?
안녕하세요. 표피효과 오랜만에 들어보는데요, 학교 다닐때 생각이 나는군요^^.표피효과(Skin Effect)는 고주파 전류가 표면 근처로 집중되어 흐르는 현상을 말합니다. 쉽게 말해, 도체의 전체 단면적을 통과하는 대신, 주파수가 높아질수록 전류가 도체의 표면 가까이로 이동하여 도체의 내부로 흐르지 않고 표면에 더 많이 흐르게 되는 현상입니다.이 현상이 발생하는 이유는 자기 유도 작용 때문입니다. 도체 내부의 자기장이 변화하면서 자기유도 전압이 생기는데, 이 전압이 도체의 내부 전류를 방해하는 방향으로 작용하게 됩니다. 고주파에서 이러한 방해가 더 강해지면서, 전류는 상대적으로 저항이 적은 도체의 표면 쪽으로 집중됩니다. 결국, 주파수가 높아질수록 전류가 도체의 표면을 따라 흐르게 되는 것이 바로 표피효과입니다.고주파 전송선로 : 안테나나 통신 케이블, 무선 주파수 전송선 등 고주파 신호를 전송하는 장치에서는 표피효과를 고려해야 합니다. 도체의 표면만 사용되므로 전선이나 케이블의 굵기를 크게 할 필요가 없습니다. 대신 전선의 외부 재질이나 피복을 최적화하여 신호 손실을 최소화할 수 있습니다.전력 전송 장비 : 전력 변압기, 모터, 발전기 등에서도 표피효과는 중요한 설계 요소입니다. 고주파 교류 전류가 표피효과로 인해 표면을 따라 흐르기 때문에, 이로 인한 저항 손실을 줄이기 위해 구리나 알루미늄과 같은 높은 전도성을 가진 재료를 사용하거나, 철심을 얇은 층으로 쌓아서 전류가 내부로 흐르는 것을 방지합니다.전도체 설계 : 전력 케이블, 전송선로, PCB(인쇄 회로 기판) 설계 시 표피효과를 고려하여 도체의 형상과 구조를 최적화합니다. 예를 들어, 표피효과를 최소화하기 위해 튜브형 도체(홀로우 파이프)를 사용하거나, 다심 도체(Litz 와이어)와 같이 여러 개의 얇은 도선으로 꼬아 만든 전선을 사용하여 고주파 전류의 흐름을 개선합니다.전자기파 차폐 : 고주파 전자기파 차폐를 위해 표피효과를 이용합니다. 예를 들어, 차폐용 금속 재질은 두께가 너무 두꺼울 필요가 없으며, 도체의 표면에서 대부분의 전류가 흐르기 때문에 얇은 금속막으로도 효과적인 차폐가 가능합니다.요약하자면, 표피효과는 고주파 환경에서 전류의 분포가 도체의 표면에 집중되는 현상으로, 이를 적절히 활용하거나 최소화 하기 위해 다양한 산업 및 전기 장치에서 설계 전략이 사용됩니다.표피효과에 대한 궁금증에 조금이나마 도움이 되었으면 좋겠네요. 오늘도 좋은 하루되세요.
Q. 통신관련 학습지를 보고 있습니다. 용어중에 TCP의 개념이 어려운데요.. 쉽게 설명하면 어떤건가요?
안녕하세요.TCP(Transmission Control Protocal)은 인터넷과 같은 네트워크에서 데이터를 신뢰성 있게 전송하기 위한 프로토콜입니다. 간단히 말해, 컨퓨터 간의 데이터 통신에서 데이터가 안전하게, 순서대로 전달되도록 보장해 주는 규칙 이라고 생각하시면 됩니다. TCP의 주요 특징에 대해 간략하게 나마 좀더 설명을 드려 보겠습니다. 데이터 전송의 신뢰성 : TCP는 데이터를 전송할 때, 각 데이터 조각(패킷)이 제대로 도착했는지 확인하고, 도착하지 않은 패킷은 다시 보내는 방식으로 데이터의 신뢰성을 보장합니다.연결 기반 : TCP는 데이터를 전송하기 전에 송신자와 수신자 간의 연결을 설정합니다. 이를 통해 데이터를 주고받을 때, 중간에 데이터가 손실되거나 순서가 바뀌는 문제를 방지할 수 있습니다.패킷 순서 보장 : TCP는 데이터를 작은 조각들로 나누어 보내는데, 각 조각이 수신 측에서 원래의 순서대로 재조립되도록 관리합니다.이걸 편지를 보낸다고 가정해서 TCP의 역할을 설명드려 볼게요.편지를 나누고 확인: 편지를 여러 봉투에 나누어 보낸 후, 각 봉투가 친구에게 도착했는지 확인합니다.순서대로 받기: 친구가 봉투를 받은 순서대로 편지를 읽을 수 있도록 보장합니다.누락된 봉투 다시 보내기: 만약 어떤 봉투가 도착하지 않았다면, 다시 보내도록 합니다.TCP는 인터넷에서 데이터를 안전하고 정확하게 전달하기 위한 프로토콜로, 데이터가 손실되거나 순서가 바뀌지 않도록 보장하는 역할을 합니다. 이는 신뢰성이 중요한 이메일 전송, 파일 다운로드, 웹페이지 접속 등에 많이 사용됩니다.TCP에 대한 궁금증이 조금 해결 되셨나 모르겠네요. 도움이 되었으면 좋겠습니다.^^ 오늘도 좋은 하루되세요.