질문 요약
phasor diagram에서 미분한 물리량 A는 항상 A보다 90도 앞서 있는가요? 90도 뒤쳐진 경우는 없나요? 인덕터와 축전기가 교류 전원에 연결되었을 때 전류가 흐를 수 있는 이유에 대해 설명해주세요.
답변 요약
축전기를 연결한 교류전원에서는 전류가 흐르는 것이 아니라 축전기에 전하의 출입이 나타납니다. 이때 축전기 전면에 전류계를 연결하면 전류계에는 눈금이 진동하는 모습을 관측할 수 있습니다. 코일의 경우에도 처음에는 전류의 변화를 방해하지만 시간이 지나면 전류가 흐를 수 있게 됩니다. 이러한 현상은 교류 소자에서 나타나는 현상입니다.
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Serway 대학 물리학 2 20강: phasor diagram과 인덕터와 축전기에 대한 이해
이번에는 phasor diagram과 인덕터, 축전기에 대한 이해를 통해 물리학의 흥미로운 세계에 대해 알아보도록 하겠습니다.
1. Phasor Diagram과 미분
Phasor diagram을 그릴 때, 특정 물리량 A를 미분한 것은 대부분 A보다 90도 앞서 있습니다. 하지만 이것이 항상 그런 것은 아닙니다. 미분의 개념을 이해하면 이유를 알 수 있습니다. 미분은 한 순간의 변화율을 나타내는 것으로, phasor diagram에서는 주로 진폭과 위상에 대한 변화를 나타냅니다.
즉, A를 미분한 것이 A보다 90도 앞서 있다는 것은, A의 변화율이 A보다 빠르게 변화하고 있다는 것을 의미합니다. 그러나 이것은 미분을 한 순간에 한해서만 해당되는 것으로, 물리량 A가 다른 방향으로 변화하거나 다른 속도로 변화할 경우, 미분한 값은 A보다 뒤쳐질 수 있습니다.
2. 인덕터와 축전기의 교류 전원 연결
인덕터와 축전기가 교류 전원에 연결될 때의 현상을 이해하기 위해서는 키르히호프의 고리 법칙을 알아야 합니다. 키르히호프의 고리 법칙에 따르면, 한 닫힌 회로에서 전압의 합은 0이어야 합니다. 이 말은 교류 전원과 인덕터나 축전기가 연결되어 있을 때, 인덕터나 축전기는 전원과 반대 방향의 전압을 만들어 내게 됩니다.
하지만 이것이 전류가 흐르지 않는다는 의미는 아닙니다. 축전기에 연결된 교류전원에서는 축전기에 전하의 출입이 나타납니다. 이때 축전기 전면에 전류계를 연결하면 전류계에는 눈금이 진동하는 모습을 관측할 수 있습니다. 이는 축전기에 전하가 출입하면서 생성되는 전류 때문입니다.
한편, 인덕터에 연결된 교류전원에서는 처음에는 전류의 변화를 인덕터가 방해하지만, 시간이 지남에 따라 전류가 인덕터를 통해 흐를 수 있게 됩니다. 이러한 현상은 교류 소자에서 나타나는 특징적인 현상입니다.
결론적으로, 키르히호프의 고리 법칙은 전류의 흐름을 막지 않습니다. 오히려 전압의 균형을 유지함으로써 전류의 흐름을 가능하게 합니다.
마치며
오늘은 phasor diagram과 인덕터, 축전기에 대한 이해를 통해 물리학의 신비로운 세계를 탐험해 보았습니다. 물리학의 세계는 복잡하고 어려워 보일 수 있지만, 이해하고 나면 그 안에 숨겨진 놀라운 진실을 발견할 수 있습니다.
다음 글에서는 다른 흥미로운 물리학 주제를 다루는 시간을 갖도록 하겠습니다. 그때 뵙겠습니다.
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