공대남의 정보수용소

안녕하세요. 오늘은 캐패시터가 무엇인지, 그리고 캐패시터의 동작원리에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

캐패시터에 대하서 접해본적이 있을 것 입니다. 기본적인 회로이론을 배우거나, 고등과정에서도 다루는 내용입니다.

캐패시터는 기본적으로 전하를 축적하는 역할을 하는데, 이를 이용하여 회로에서 많은 역할을 합니다.

그럼 캐패시터에 대하여 자세히 알아보도록 하겠습니다.

1. 캐패시터란?

캐패시터는 전하를 축적할 수 있는 능력을 가진 전자 부품입니다.

캐패시터는 위의 그림과 같은 구성을 가지고 있습니다. 두개의 전도성 극판 사이에 유전체가 있는 형태입니다.

(유전체는 절연체입니다.)

그리고 이 캐패시터의 전하를 충전할 수 있는 양을 나타내는 캐패시턴스가 있습니다.

전하량은 전압에 비례합니다. 그래서 전하량에 전압을 나누면 일정 상수가 나오고 그것을 캐패시턴스라고 정의합니다.

2. 캐패시터의 전하 축적 원리

처음 전원을 연결하기 전에는 캐패시터가 중성 상태로 존재합니다.

양쪽 전도성 극판에는 동일한 수의 자유전자가 존재합니다.

캐패시터가 저항기를 거쳐 전원에 연결되면 전도성 극판 중 (+)전원에 가까운 극판에서 자유전자가

반대 쪽 극판으로 이동하게 되고 B극판에 자유전자가 축적되고 A극판은 B극판에 대해 양의 극성을 가지게 됩니다.

이러한 충전 동안, 연결된 리드와 전압원을 통해 전류가 흐르게 됩니다.

위의 그림 처럼 자유전자가 B극판에 계속 축적되어 전위차가 생기는데, 이 전위차가  전원 전압과 같아지면 충전이 중단됩니다.

만일 캐패시터 양단의 전압원이 제거 되어도 캐패시터는 일정 시간동안 전하를 유지할 수 있습니다.

실제로, 매우 큰 용량의 충전된 캐패시터는 임시 배터리로도 동작을 하며, 짧은 시간 동안 전류를 공급할 수 있습니다.

3. 캐패시턴스에 영향을 주는 요소

캐패시턴스에 영향을 주는 요소는 총 세가지 입니다.

전도성 극판의 면적, 전도성 극판 간의 거리, 절연체(유전체) 입니다.

첫번째는 당연히 전도성 극판의 면적이 클수록 전하를 축적할 수 있는 공간이 커지기 때문에 캐패시턴스는 증가합니다.

두번째는 전도성 극판의 거리 입니다. 극판 간의 거리가 짧아지면 극판 간의 반대되는 극성의 끌어 당기는 힘에 의해

전도성 극판 간의 전압이 감소하게 되어서 캐패시턴스가 감소합니다.

마지막으로 유전체의 유전율입니다. 캐패시터 내의 유전체는 원래의 전계와 반대되는 전계를 생성시키므로 캐패시턴스가 증가합니다.

이를 종합하면 캐패시턴스를 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있습니다.

앞의 상수는 공기의 유전율을 나타냅니다.

이번 글에서 캐패시터가 무엇인지, 그리고 전하가 축적되는 원리에 대하여 알아보았습니다.

다음 글에서는 좀 더 유익할 글로 찾아뵙겠습니다. 감사합니다.