serway 대학물리학 26장 강의 00:31:12 비옴성 저항식의 이해 (lecture, resistance, graph, current, voltage)

질문 요약

강의 중 이해가 안 가는 비옴성 저항체에 대한 질문입니다. 강의 중에, 해당 부분에서 비옴성 저항체는 외부 전기장이 전류 ^n(n>=2)에 비례한다고 말씀해주셨는데, 추가로 보여주신 그래프에서 전류-전위차그래프는 지수 함수 꼴이었습니다. 이 그래프를 만족하려면 외부 전기장이 전류 ^n(n>=2)에 비례해버리면, y=루트x꼴의 그래프가 될 것 같아서, 반대로 전류가 외부전기장^n(n>=2)에 비례해야하지 않나요?

답변 요약

전류-전위차 그래프가 비선형인 경우, 비옴성 저항체의 성질을 갖게 됩니다. 전압이 커지면 전압에 따라 저항이 변하는 현상이 나타납니다. 낮은 전압에서는 옴성저항체의 성질을 가지지만, 높은 전압에서는 비옴성 저항체의 성질을 가집니다.

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비옴성 저항체의 이해와 전류-전위차 그래프

안녕하세요. 물리학 강의 중 비옴성 저항체에 대한 내용에서 의문을 가지신 부분에 대해 설명드리겠습니다. 비옴성 저항체는 그 성질상 외부 전기장과 전류 사이의 관계가 비선형적입니다. 이는 비옴성 저항체가 전기장의 강도에 따라 전류가 지수적으로 증가하거나 감소하는 특성을 가지고 있음을 의미합니다.

먼저, 질문하신 내용을 정리해보겠습니다. 비옴성 저항체에서 외부 전기장이 전류의 \(n\)제곱 (\(n \geq 2\))에 비례한다고 학습하셨고, 전류-전위차 그래프가 지수 함수의 형태를 띠는 것에 대해 의문을 가지셨습니다. 여기서 중요한 것은 비옴성 저항체에서의 전류(\(I\))와 전압(\(V\)) 사이의 관계입니다.

일반적으로 비옴성 저항체의 전류-전압 관계를 나타내는 수식은 다음과 같습니다:

\[I = V^n\]

여기서, \(n\)은 자연수이며, \(n \geq 2\)의 값을 가집니다. 이 공식에서 볼 수 있듯, 전류는 전압의 \(n\)제곱에 비례하게 됩니다. 이는 전압이 증가함에 따라 전류가 지수적으로 증가하는 것을 의미하며, 이러한 특성 때문에 그래프는 지수 함수 형태를 띱니다.

전류가 외부 전기장의 \(n\)제곱에 비례한다는 말씀에 대한 혼동이 있을 수 있습니다. 실제로, 전류는 전압에 비례하는 것이 아니라 전압의 특정 제곱에 비례하는 것이 중요합니다. 이러한 비옴성 저항체의 특성 때문에, 전압-전류 그래프가 선형이 아니라 비선형적인 모습을 보이는 것입니다.

비옴성 저항체는 낮은 전압에서는 옴의 법칙을 따르는 옴성 저항체의 성질을 보이다가도, 전압이 일정 수준 이상으로 증가하면 저항이 변하면서 비선형적인 성질을 나타내게 됩니다. 이는 고전적인 옴의 법칙 \((V = IR)\)이 모든 조건에서 유효하지 않음을 보여주는 사례로, 전기장의 강도가 높을 때 저항체 내부에서의 복잡한 물리적 과정 때문에 발생합니다.

마지막으로, 비옴성 저항체의 전류-전위차 관계를 이해하는 것은 물리학뿐만 아니라 전기공학에서도 중요합니다. 이러한 저항체들은 특정 전압 범위에서의 동작을 제어하기 위해 다양한 전자기기에서 사용됩니다. 예를 들어, 전류를 조절하여 LED의 밝기를 조절하는 회로 등에 이러한 비옴성 저항체가 활용됩니다.

이러한 비옴성 저항체의 특성을 이해하는 것은 전기와 전자의 세계를 보다 깊이 이해하는 데 도움이 됩니다. 질문해주셔서 감사합니다. 더 궁금한 점이 있으시면 언제든지 질문해주세요.

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