축전기의 기능
전압이 높을 때에는 전하를 모으고(충전) 전압이 낮으면 전하를 방출(방전)하여 전원 전압과 동일한 크기의 전위차를 유지하려 한다.
= 다시 말하면, 배터리(기전력)이 연결되어 있어 전위차(전압)이 높아지면, 축전기에 전하를 모으고(충전)
완충 상태에서 배터리를 제거한 뒤 스위치를 다시 연결하면 배터리가 없으므로 전원 전압은 0, 축전기의 전압이 더 높기 때문에 전하를 방출하여 전원 전압(0)과 같은 전압이 될 때 까지 전하를 방출한다.
그러므로 직류 전원에 연결하면 전하가 충전되는 짧은 시간동안 전류 크기가 감소하다가 결국 전류가 흐르지 못하게 된다.
이는 다른 말로 전압의 변화에 저항하여 전압의 급격한 변화를 막아준다는 뜻이다.
RC 회로에서 키르히호프 법칙을 통해 유도된 식을 1차 미분 방정식으로 풀면 RC회로에 시간에 따라 흐르는 전하 q(t)식과 전류 i(t) 식을 구할 수 있다.
위 사진에 설명된 것 처럼 t가 무한대로 갈 때, 전류 i는 0이 되는 것을 수학적인 수식으로 확인할 수 있다.
또한 위에 글로 설명했듯이, 배터리의 전압(전원 전압)과 동일한 전압이 될 때까지 축전기에 전하가 저장되는 것을 확인할 수 있다.
(Q = cE)
왜 시간이 충분히 흐르면 축전기에 전류가 흐르지 않는 지를 물리적으로 확인해볼 수도 있다.
이 사진을 참고해보자.
RC회로에서 축전기에 전하가 충전되는 과정의 모든 것
일단 이 사진에서 전류의 흐름과 전자의 방향은 다른 것을 기본적으로 파악하고 봐야 한다. (전자가 더 늦게 발견되었기 때문)
기전력에 의해 발생된 전압에 의해 전류가 흐르고 축전기에는 전하가 쌓이게 된다.
전하가 쌓이면서 축전기 사이에는 인력이 생기고 이 인력이 서로를 붙잡아 놓는다.
점점 전하가 쌓이면서 축전기 사이에도 전기장이 생기고, 축전기 바깥에도 축전기에 의해 전기장이 발생한다.
(전하가 쌓일 수록 축전기가 만드는 전기장은 커짐.)
전하가 쌓일 수록 축전기가 만드는 전기장이 커지고 이는 기전력에 의해 생기는 전기장과 반대 방향이므로 점점 상쇄가 된다.
점점 상쇄가 되면서 축전기의 전압과 기전력의 전압이 같을 때 완전히 상쇄(이는 수학적인 수식으로 확인했다.) 되어 net 전기장이 0이 되고 더 이상 전류가 흐르지 않게 된다.
(애초에 축전기는 두 도체를 떨어뜨려 만들어놓은 것이므로 전기장이 없으면 전류가 흐를 수 없다.)
이와 대응되는 인덕터(코일)는 전류의 변화에 저항하여 전류의 급격한 변화를 막아주는 역할을 한다.
일반적으로 인덕터는 축전기를 배운 후 배운다.
전류의 변화에 의해 발생하는 유도 기전력.
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