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과학

축전기

축전기과학
영문명
Capacitor
다른 이름
커패시터, 콘덴서
정전용량 단위
패럿, F
이상적인 관계
Q=CV
축전기는 분리된 도체 사이의 전하 분포와 전기장을 이용해 에너지를 저장하는 회로 소자다. 커패시터라고도 하며 정전용량은 전하량과 전압의 관계를 나타낸다.

분리된 도체와 전기장

기본적인 축전기 모형은 서로 접촉하지 않는 두 도체를 포함한다. 도체 사이에 절연 물질이 놓일 수 있으며 양쪽에 반대 부호의 전하가 분포하면서 전기장이 형성된다.

저장되는 것은 정전용량 자체가 아니라 전기적 에너지다. 정전용량은 주어진 전압과 전하량 사이의 관계를 나타내는 특성이다.

정전용량을 이해하기

이상적인 선형 축전기에서 전하량의 크기는 정전용량과 두 단자 사이 전압의 곱으로 나타낸다. 같은 전압에서 정전용량이 크면 더 큰 전하량과 연결된다.

평행한 판의 간단한 모형에서는 판의 면적과 간격, 사이 물질의 성질이 정전용량에 영향을 준다. 실제 소자의 구조는 이보다 다양하다.

변하는 신호에서의 역할

축전기에 걸린 전압이 바뀌는 동안 전하 분포가 변하며 단자에 전류가 흐를 수 있다. 이런 성질 때문에 신호의 변화나 시간적 거동을 다루는 회로에 쓰인다.

이상적인 축전기의 단순한 모형과 실제 소자는 다르다. 실제로는 누설과 손실, 다른 기생 성분 등의 영향을 고려해야 한다.

저장 에너지

정전용량이 일정한 이상적 축전기의 저장 에너지는 CV²/2로 나타낸다. 같은 정전용량에서 전압이 두 배가 되면 이 모형의 에너지는 네 배가 된다.

이 관계를 단순히 배터리와 같은 저장 방식이라고 이해해서는 안 된다. 축전기와 배터리는 에너지를 저장하는 물리적 과정과 특성이 다르다.

관련 문서

전하 / 전기장 / 전압 / 전류 / 에너지 / 용액