[회로이론] - 인덕터의 수식을 직관적으로 이해해보자.

지난시간에 이어

 

오늘도 인덕터 관련된 이야기를 들고 왔습니다.

 

 

지난 시간에 전선을 철심에 동그란 모양으로 말아서

 

전류를 흘리면

 

수직하는 방향으로 자기장이 형성된다 했었죠?.

 

 

전류와 자기장의 존재는 매우 중요한 의미를 지닙니다.

 

서로의 상관관계가 있기 때문인데요.

 

우리는 전류를 흘려서 파란색 화살표와 같이 자기장을 얻을 수 있었지만

 

반대로 자기장을 가해서 없었던 전류를 만들어 낼 수도 있습니다.

 

자속의 변화로 인해 전기를 만들어내는게 바로 발전기이고요.

 

반대로 전기를 흘려서 자기장을 발생시켜 힘이 발생하면

 

이것을 이용하여 모터로 활용할 수 있습니다.

 

이 얘기는 초보자들이 이해하기 조금 어려울 수 있으므로 이후 전기기기나

 

실무지식을 소개하면서 더 자세하게 말씀드리도록 하겠습니다.

 

여튼 자기장과 전기 발생에 대한 상관관계에 대해서는

 

 이후에 배울 패러데이의 법칙에 이러한 내용이 나옵니다.

 

하지만 그전에 우리는 인덕터 자체에 대해서 더 깊게 공부해보겠습니다. 

 

 얘기가 샜네요.

 

다시 인덕터를 깊게 알아보죠.

 

먼저 인덕터는 아래와 같은 수식을 만족합니다.

 

V 는 전압

 

L 은 인덕턴스

 

t 는 시간

 

i 는 전류

 

입니다.

 

수식을 그대로 해석해보면.

 

전류의 변화량이 클수록,

 

인덕턴스가 뭔진 모르겠지만. 값이 클수록

 

전압이 크게 형성됩니다.

 

직관적으로 이해 가능하듯

 

여기서 말하는 전압이란

 

코일의 시작점(코일이 말리기 시작하는 시작점)

 

으로부터

 

코일의 종점(코일이 말리고 다시 평평하게 펴지는 지점)

 

까지 

 

걸리는 전압을 말합니다.

 

위 그림보면 각각 소자가 어떤 것인지 이해하실 수 있으시겠죠?

 

모두 배운 소자들이긴 합니다.

 

몰랐다면 지금부터 익혀두세요.

 

 

여기서 앞서 배운수식

 

 

전압은 인덕터의 양단에 걸리는 전압을 말합니다.

 

그러니까. 그림으로 표현하자면 아래 같겠네요.

 

 

      이상한거 없나요?

 

이쯤이면 이상한 걸 느꼇어야 했습니다.

 

뭐가 이상한걸까요???

 

 

저는

 

인덕터를 전선을 말아놓은 것에 지나지 않는다고 말씀드렸죠.

 

네.

 

그렇습니다.

 

인덕터는 저항성분이 없습니다.

 

단순히 전선을 동그랗게 말아놓은 것에 지나지 않으니까요.

 

그래서 이상하다는 겁니다.

 

커패시터처럼 전기를 저장하는 소자도 아닌데

 

저항이 존재하는 것도 아닌데

 

단순히 전선을 펴놓치 않고 동그랗게 말아놨을뿐인데

 

여기서 말하는 전선은 이상적인 형태(저항이 0에 가까운 전선)을 말합니다

 

왜 전압이 있단말입니까?

 

옴의 법칙에 의해서 (V = I * R)

 

전압과 전류가 존재하는 현재 상황으로 미루어봤을때

 

 R에 해당하는 어떠한 미지 상수가 존재해야 하거든요?

 

근데 인덕터 수식을 딱보니

 

L(인덕턴스) 라는 것이 바로 그역할을 하는것 같습니다.

 

단순히 전선을 동그랗게 말아 놓았을 뿐인데

 

미지의 저항상수 L이 생긴겁니다.

 

L은 인덕턴스라고 표현하며, 단위는 인덕턴스를 발명한 미국의

 

과학자 이름을 따서 (H)헨리 라고 표현합니다.

 

무튼 이러한 인덕턴스로 인하여 전압은

 

전류의 변화를 거부하는 방향으로 형성됩니다.

 

 

즉 코일에 전기가 흐르지 않다가

 

갑자기 흐르게 되면

 

갑자기 흐르는 이런 부자연스러운 현상을 제거하기 위해

 

마치 전류가 반대방향으로 흐르게 끔 만들어서

 

실제 전류의 방향을 상쇄하게끔 전압을 준 효과(역기전력)가 나타나는거죠

 

그래서 인덕터가 많은(유도성 부하라고 표현합니다) 전력계통은

 

실제로 전압이 많이 떨어집니다.

 

왜 하필 정기전력이 아니라 역기전력이 생기냐는 질문은 조물주께 여쭤보시기 바랍니다

(자연의 이치이며 공리라고 표현합니다.)

 

이러한 인덕터는 커패시터와 혼용하여 역률을 개선할때 쓰이기도 하며

 

또다른 중요한 특성때문에 여러가지 목적으로

 

설계에 응용됩니다.

 

자꾸 수식을 끌고오지만 다시 수식을 한번 살펴보면

 

역기전력이 전류의 시간변화율에 따라 생기므로.

 

보통 직류에서는 역기전력이 생기지 않아요.

 

네 맞습니다. 교류에서만 역기전력이 생깁니다.

 

추가로 전류는 급격한 시간에 변화할 수 없다는 사실을 아는게 중요합니다.

 

시간에 따라 전류가 급격하게 변화한다는 것은 위 수식에 따라

 

전압이 무한대로 갈 수도 있다는 것을 의미하죠.

 

하지만 현실에선 이런일이 일어나지 않습니다.

 

이러한 성질로부터 과전류를 보호할 수도 있고

 

이후에 배우겟지만 용량성 부하로부터 역률을 개선시켜 제품 자체의 효율을 높일 수도 있습니다.

 

사실 비전공자는 인덕터가 실생활에서

 

보이지 않다보니

 

이번 챕터는 조금은 어렵기도 했겠군요.

 

복잡한 수식이야 책에서도 지겹도록 보실테니

 

머리로 이해할 수 있도록 쉽게 설명하고자 하는데

 

아무래도 좀 이번챕터가 복잡하긴 했네요.

 

여튼... 오늘도 고생많으셨습니다.