개념 한 쪽
전기기능사 정전기의 특수현상 등 — 유도·코로나·흡인력
정전기의 특수현상은 전하가 눈에 보이는 형태로 드러나는 경우다. 접촉 없이 전하가 재배치되는 정전유도, 불평등 전장에서 국부적으로 생기는 코로나, 평행판 사이의 정전 흡인력, 액체가 흐르며 생기는 유동대전이 대표적이다.
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뜻
정전유도는 도체에 대전체를 접근시켰을 때 전하가 재분배되는 현상이다. 도체 속의 자유전자가 힘을 받아 이동하므로, (+) 대전체에 가까운 쪽에는 다른 종류인 (−) 전하가 모이고 먼 쪽에는 같은 종류인 (+) 전하가 남는다. 접촉이 없는데도 가까운 쪽과 먼 쪽의 전하 종류가 달라지는 것이 이 현상의 표지이다.
코로나는 불평등 전장에서 일어나는 국부 방전이다. 전극이 뾰족하거나 가늘면 전장이 고르지 못해 공기의 절연이 일부만 파괴되고, 전극 주변에만 방전이 생긴다. 전압이 높을수록 잘 발생한다. 불꽃 방전이나 아크 방전은 두 전극 사이를 완전히 잇는 전체 방전이므로 국부적인 코로나와 구별한다.
평행 도체판 사이의 정전 흡인력은 F = ½ε₀E²로 구한다. 전계는 전압을 극간 거리로 나눈 E = V/d이므로 F = ε₀V²/(2d²)가 되고, 흡인력은 인가 전압의 2제곱에 비례한다. 콘덴서의 저장 에너지 W = ½CV²도 전압의 제곱에 비례하므로 두 사실을 함께 기억한다.
액체가 파이프 내부를 흐를 때는 유동대전이 생긴다. 액체와 관벽 사이에서 전하가 분리되어 대전되는 현상으로, 고체를 비비는 마찰대전이나 밀착된 것을 떼는 박리대전과 원인이 다르다. 흐르는 액체, 붙었다 떨어지는 고체, 문지르는 고체를 구분하면 대전의 이름이 정해진다.
예제
문제
현상의 이름을 고르는 문제는 지문의 동작을 보고 판단한다. 「가까운 쪽에는 다른 전하, 반대쪽에는 같은 전하」는 정전유도, 「불평등 전장에서 국부적인 방전」은 코로나, 「액체가 파이프를 흐를 때」는 유동대전이다. 「인가 전압의 몇 제곱에 비례하는가」를 물으면 E = V/d를 대입해 2제곱임을 확인한다.
계산 문제에서는 상수와 지수를 확인한다. 정전 흡인력은 F = ½ε₀E²에서 출발하므로 1/4이나 3제곱 같은 값은 유도 과정에 나오지 않는다. 코로나와 아크를 구별할 때는 「국부적」이라는 조건이 있는지 본다. 전체를 잇는 방전이면 아크나 불꽃 방전이고, 전극 주변에만 생기면 코로나이다.
자주 묻는 물음
- 정전유도는 어떤 현상인가요?
- 도체에 대전체를 접근시키면 도체 속 자유전자가 힘을 받아 이동합니다. 그 결과 대전체에 가까운 쪽에는 대전체와 다른 종류의 전하가, 반대쪽에는 같은 종류의 전하가 나타납니다. 접촉 없이 전하가 재배치되는 현상입니다.
- 코로나와 아크 방전은 어떻게 구별하나요?
- 코로나는 전극이 뾰족하거나 가늘어 전장이 고르지 못한 불평등 전장에서 절연이 일부만 파괴되어 전극 주변에 국부적으로 생기는 방전입니다. 아크 방전과 불꽃 방전은 두 전극 사이를 완전히 잇는 전체 방전이므로 구별됩니다.
- 정전 흡인력은 전압의 몇 제곱에 비례하나요?
- F = ½ε₀E²이고 E = V/d이므로 F = ε₀V²/(2d²)가 되어 인가 전압의 2제곱에 비례합니다. 콘덴서에 저장되는 에너지 W = ½CV²도 전압의 제곱에 비례하므로 함께 기억하면 좋습니다.
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