회로이론 -3) 캐패시터

안녕하세요.
이번 시간에는 캐패시터(Capacitor)에 대해 알아보겠습니다.

캐패시터는 물성과 회로로 나눠서 설명드릴 예정입니다.

이번시간에는 캐패시터의 물리적 구조 및 이를 설명드리기 위한 용어를 먼저 정리하겠습니다.

늘 그렇듯 정의 부터 시작하도록 하죠!

 

1. 용어 정리

캐패시터 : 전기 회로에서 전기 용량을 전기적 퍼텐셜 에너지로 저장하는 장치
(위키백과를 참고하였습니다.)

라고 합니다.

말 그대로 전기용량을 저장하는데 전기적 퍼텐셜 에너지로 저장하는 장치입니다. (전기적 퍼텐셜 에너지 = 전압)

그렇다면 이제 캐패시터의 구조에 대해 알아보겠습니다.

2. 커패시터의 구조

커패시터의 구조는 아래의 그림과 같습니다.

 

 

 

 

위 처럼 2개의 도체(그림의 1번입니다.)와 그 사이에 유전체(그림의 2번 입니다.)로 이루어져 있습니다.

 

도체는 전류가 흐르는 물체입니다. 그리고 유전체는 절연체의 한 종류로 전기장 안에서 극성을 지니게 되는 물질입니다.(전기장, 유전체 등에 대해선 전자기학을 정리하며 다시

설명드리겠습니다.)

 

위와 같이 2개의 도체와 사이에 유전체를 가진 캐패시터의 동작은 어떻게 될까요? 

 

3. 캐패시터의 동작원리

 

캐패시터의 동작 원리는 아래의 그림을 통해 설명드리겠습니다.

 

 

 

 1번 그림과 같이 배티러와 캐패시터를 연결해 두었다고 가정합시다.
2번 그림처럼 캐패시터에 전압이 걸리게 되면 배터리의 +쪽과 연결된 도체는 전자를 뺏기게 되어 상대적으로 +가 될 것이고 배터리 -쪽과 연결된 도체는 전자를 공급받아 상대적 -가 되게 될 것입니다.
그러면 3번 그림처럼 유전체의 안쪽에도 원자가 위와 같이 배치가 되게 됩니다.(이를 유전분극이라 합니다.) 2번 그림과 같은 상태가 되면 도체 사이에 전위차가 생기게 됩니다. 그리고 이는 무한이 되는 것이 아니라 캐패시터의 용량에 따라 한계가 정해져 있습니다. 이를 시간에 따른 전압의 그래프로 보게되면 아래의 그림과 같습니다.

 

 

 즉, 정리하면 캐패시터에 전압이 걸리면 양쪽 도체에 전위차가 생기기게 되며 이는 일정량 까지만 에너지를 저장합니다.

 
캐패시터를 전압과 전류로 정리하면 아래의 식을 구할 수 있습니다.

 

 

여기서 C는 캐패시턴스로 캐패시터의 저장 용량을 의미합니다.
이 식을 통해 알 수 있는 것은 캐패시터는 전압이 변하지 않으면 전류가 발생하지 않는단 것입니다.
즉 , 캐패시터는 DC는 흐르지 않고, AC가 걸릴 때만 전류가 흐른다는 것을 의미합니다.

이번시간에는 캐패시터의 정의와 구조, 간단한 동작 원리에 대해 알아보았습니다.

다음 시간에는 인덕터에 대해 알아보겠습니다.

감사합니다.