전압

Voltage
전압
AA AAA AAAA A23 battery comparison-1.jpg
배터리는 많은 전기 회로에서 전압원입니다.
공통 기호
V, vV, U, uU
SI 단위볼트
SI 기준 단위kg µs2−3 † A−1
파생상품
기타 수량
전압 = 에너지/충전
치수M L2 T−3 I−1

전압, 전위차, 전기압 또는 전기장력은 두 지점 사이의 전위차이며, (정전기장에서) 두 지점 간에 테스트 전하를 이동시키기 위해 전하 단위당 필요한 작업으로 정의됩니다.국제 단위계에서는 전압(전위차)에 대한 파생 단위를 [1]: 166 볼트라고 합니다.SI 단위에서 단위 전하당 작업량은 쿨롱당 줄(joules per coolm)로 표현되며, 여기서 1볼트 = 1쿨롱당 1줄(작업량)입니다.전압에 대한 기존 SI 정의는 전력과 전류사용했다. 1990년부터 양자 홀과 조셉슨 효과가 사용되었고, 최근에는 모든 SI 단위와 파생 [1]: 177f, 197f 단위의 정의에 대해 (2019) 기본 물리 상수가 도입되었다.전압 또는 전위차는 Ohm 또는 Kirchhoff 회로 법칙의 맥락에서 특히 영어권 국가 또는 국제 [3]U에서 기호적으로 [2]V \ V로 표시됩니다.

지점 간 전위차는 전하(: 캐패시터)의 축적과 기전력(예: 발전기, 인덕터[4][5]변압기에서의 전자기 유도)에 의해 발생할 수 있습니다.거시적 규모에서 전위차는 전기화학적 과정(예를 들어 셀과 배터리), 압력에 의한 압전 효과열전 효과에 의해 발생할 수 있다.

전압계를 사용하여 시스템의 두 지점 사이의 전압(또는 전위차)을 측정할 수 있습니다.종종 시스템의 접지와 같은 공통 기준 전위가 포인트 중 하나로 사용됩니다.전압은 에너지원 또는 에너지의 손실, 소산 또는 저장을 나타낼 수 있습니다.

정의.

앞에서 설명한 표준 정의를 포함하여 전압을 정의하는 데 유용한 여러 가지 방법이 있습니다.전하당 작업에 대한 다른 유용한 정의도 있습니다( gal 갈바니 전위 전기화학적 전위 참조).

음전하 물체는 더 높은 전압으로, 양전하 물체는 더 낮은 전압으로 당기도록 전압이 정의됩니다.따라서 와이어 또는 저항기의 재래식 전류는 항상 높은 전압에서 낮은 전압으로 흐릅니다.

지금까지 전압은 "장력" 및 "압력"과 같은 용어를 사용해 왔습니다.오늘날에도 "장력"이라는 용어는 열전자 밸브(진공관) 기반 전자제품에서 일반적으로 사용되는 "고장력"(HT)이라는 문구 내에서 여전히 사용됩니다.

정전학의 정의

로드 주위의 전장은 전기 스코프에서 대전된 피스 볼에 힘을 가합니다.
정적 필드에서는 작업이 경로와 독립적입니다.

정전기학에서 에서 \ 합니다정의상,[6]: 78 이것은 다음과 같습니다.

이 경우 A지점에서 B지점으로의 전압상승은 전계에 대한 단위전하당 작업량과 같으며 가속을 [6]: 90–91 일으키지 않고 A에서 B로 전하를 이동시킨다.수학적으로, 이것은 그 경로를 따라 전계적분으로 표현됩니다.정전학에서 이 선분적분은 [6]: 91 경로와는 무관하다.

이 정의에 따르면 AC 회로와 같이 시간에 따라 변화하는 자기장이 있는 회로는 회로 내 노드 간에 명확한 전압을 갖지 않습니다. 왜냐하면 이러한 경우 [note 1]전기력은 보수적인 힘이 아니기 때문입니다.그러나 전기장과 자기장이 빠르게 변화하지 않는 저주파수에서는 이를 무시할 수 있습니다(정전기 근사 참조).

전기역학으로의 일반화

전위는 전기역학으로 일반화될 수 있으므로, 시변장이 존재하는 경우에도 점 사이의 전위차가 명확하게 정의됩니다.그러나 정전기와 달리 전장은 더 이상 [6]: 417 전위만으로 표현할 수 없습니다.또한 전위는 더 이상 상수까지 고유하게 결정되지 않으며 [note 2][6]: 419–422 게이지 선택에 따라 크게 다른 형태를 취할 수 있습니다.

이 일반적인 경우, 일부[7] 저자들은 전위의 차이가 아닌 전기장의 라인 적분을 언급하기 위해 "전압"이라는 단어를 사용한다.이 경우r {\에서 B{\ _로의 전압 상승은 다음과 같습니다.

그러나 이 경우 두 지점 사이의 "전압"은 선택한 경로에 따라 달라집니다.

회로 이론에서의 처리

회로분석전기공학에서는 일괄소자 모델을 사용하여 회로를 표현 및 분석합니다.이들 소자는 물리 [8]컴포넌트를 모델링하기 위해 사용되는 이상적인 자기 완결 회로 소자입니다.

집합소자 모델을 사용할 경우 회로에 의해 생성되는 자기장 변화의 영향이 각 [8]소자에 적절히 포함된다고 가정한다.이러한 가정 하에서 각 컴포넌트 외부 영역의 전계는 보수적이며 회로 내 노드 간 전압은 명확하게 정의되어 있습니다[8].

어떤 컴포넌트 내부도 통합 경로가 통과하지 않는 한.위의 공식은 정전학에서 사용되는 공식과 동일합니다.테스트 리드를 따라 통합 경로가 있는 이 적분은 전압계가 실제로 [9][note 3]측정하는 것입니다.

회로 전체에 걸쳐 제어되지 않은 자기장이 무시할 수 없는 경우 상호 인덕턴스 요소를 추가하여 그 효과를 모델링할 수 있습니다.그러나 물리적 인덕터의 경우 이상적인 일괄 표현은 종종 정확합니다.이는 인덕터의 외부장이 일반적으로 무시할 수 있으며, 특히 인덕터가 닫힌 자기 경로를 가지고 있는 경우에는 더욱 그러합니다.외부 필드가 무시할 수 있는 경우

이 유도자의 단말기에 걸쳐 뚜렷한 전압은path-independent 있다.[10]이것은 이유는 유도기를 가로지르는 전압계 측정으로 종종 합리적으로 시험 리드의 배치에 독립적이다.

볼트

그 볼트(상징:전위, 전위 차이는 기전력에 대해서 V=은 파생된 단위이다.그 볼트는 볼타 전퇴를 발명한 이탈리아 물리학자 알레산드로 볼타(1745–1827),은 첫번째 화학 전지의 영광에 있다.

유압 유추

전기 회로에 대한 간단한 비유는 기계식 펌프에 의해 구동되는 파이프 구조의 폐쇄 회로에 물이 흐르는 것입니다.이를 "물 회로"라고 할 수 있습니다.두 점 사이의 전위차는 두 점 사이의 압력차에 해당합니다.펌프가 두 지점 사이에 압력 차이를 만들면 한 지점에서 다른 지점으로 흐르는 물이 터빈 구동과 같은 작업을 수행할 수 있습니다.마찬가지로 배터리에 의해 제공되는 전위차에 의해 구동되는 전류로 작업을 수행할 수 있다.예를 들어, 충분히 충전된 자동차 배터리에 의해 공급되는 전압은 자동차의 시동 모터 권선을 통해 큰 전류를 "밀어낼" 수 있습니다.펌프가 작동하지 않으면 압력 차이가 발생하지 않고 터빈이 회전하지 않습니다.마찬가지로, 자동차의 배터리가 매우 약하거나 "불량"(또는 "불량")인 경우 시동 모터를 회전시키지 않습니다.

유압 유추는 많은 전기 개념을 이해하는 데 유용한 방법입니다.이러한 시스템에서 물을 이동시키기 위해 수행된 작업은 "압력 강하"(p.d.)에 이동된 물의 을 곱한 것과 같다.마찬가지로, 전기 회로에서 전자 또는 다른 전하 반송파를 이동시키기 위해 수행되는 작업은 "전기 압력 차이"에 이동되는 전하의 양을 곱한 것과 같습니다."흐름"과 관련하여, 두 지점 사이의 "압력차"가 클수록(전위차 또는 수압차), 두 지점 간의 흐름(전류 또는 수압차)이 커집니다.('전력' 참조)

적용들

고전압 전원 라인 작업

전압 측정을 지정하려면 전압이 측정되는 지점을 명시적 또는 암묵적으로 지정해야 합니다.전압계를 사용하여 전위차를 측정할 때는 전압계의 전기 리드 하나를 첫 번째 지점, 두 번째 지점에 연결해야 합니다.

일반적으로 "전압"이라는 용어는 전기 장치(예: 저항)에서 강하되는 전압을 설명하는 데 사용됩니다.장치 전체의 전압 강하는 공통 기준점(또는 접지)에 대한 장치의 각 단자의 측정값 차이로 이해할 수 있습니다.전압 강하는 두 측정값 사이의 차이입니다.이상 도체에 의해 저항 없이 접속되어 변화하는 자기장 내에 있지 않은 전기회로의 2개의 포인트는 전압이 0입니다.전위가 동일한 두 점은 도체에 의해 연결될 수 있으며 이들 사이에 전류가 흐르지 않습니다.

전압 추가

A와 C 사이의 전압은 A와 B 사이의 전압과 B와 C 사이의 전압의 합입니다.회로의 다양한 전압은 키르히호프의 회로 법칙을 사용하여 계산할 수 있습니다.

교류(AC)에 대해 설명할 때 순간 전압과 평균 전압 사이에는 차이가 있습니다.직류(DC) 및 AC에 순간 전압을 추가할 수 있지만 모든 주파수와 위상이 동일한 신호에 적용되는 경우에만 평균 전압을 의미 있게 추가할 수 있습니다.

측정기

전압을 측정하도록 설정된 멀티미터

전압 측정 기기에는 전압계, 전위차계 및 오실로스코프가 있습니다.이동 코일 계측기와 같은 아날로그 전압계는 고정 저항을 통해 전류를 측정하여 작동합니다. 고정 저항은 옴의 법칙에 따라 저항 전체의 전압에 비례합니다.전위차계는 브리지 회로의 알려진 전압과 알 수 없는 전압의 균형을 조정하는 방식으로 작동합니다.음극선 오실로스코프는 전압을 증폭하고 이를 사용하여 직선 경로에서 전자 빔을 편향시킴으로써 빔의 편향이 전압에 비례하도록 합니다.

표준 전압

손전등 배터리의 일반적인 전압은 1.5V(DC)입니다.자동차 배터리의 공통 전압은 12V(DC)입니다.

전력회사가 소비자에게 공급하는 일반적인 전압은 110~120볼트(AC)와 220~240볼트(AC)입니다.발전소에서 전기를 분배하는 데 사용되는 송전선의 전압은 소비자 전압(일반적으로 110~1200kV(AC))보다 수백 배 이상 높을 수 있습니다.

철도 기관차에 전력을 공급하기 위해 가공선에서 사용되는 전압은 12 kV - 50 kV (AC) 사이 또는 0.75 kV - 3 kV (DC) 사이입니다.

갈바니 전위 대 전기화학 전위

전도성 물질 내에서 전자의 에너지는 평균 전위뿐만 아니라 전자가 처한 특정 열 및 원자 환경에도 영향을 받습니다.전압계는 두 종류의 금속 사이에 연결되어 있을 때 정전기 전위차가 아니라 열역학의 [11]영향을 받는 다른 것을 측정합니다.전압계에 의해 측정된 양은 전자(페르미 레벨)의 전기화학적 전위차를 전자 전하로 나눈 음수이며 일반적으로 전압차라고 하는 반면, 순수 조정되지 않은 정전위(전압계로는 측정할 수 없음)를 갈바니 전위라고 부르기도 합니다."전압"과 "전위"라는 용어는 실제로는 서로 다른 맥락에서 이들 중 하나를 지칭할 수 있다는 점에서 모호합니다.

역사

기전력이라는 용어는 볼타에 의해 1798년 조반니 알디니에게 보낸 편지에서 처음 사용되었고, 1801년 Annales de Chimie et de [12]: 408 pheechitude에서 출판된 논문에 처음 등장했습니다.Volta는 정전력이 아닌 힘, 구체적으로는 전기화학적 [12]: 405 힘이 아닌 힘을 의미합니다.이 용어는 1820년대에 전자기 유도와 관련하여 마이클 패러데이에 의해 사용되었습니다.그러나 현재 [13]: 554 전압의 명확한 정의와 측정 방법은 개발되지 않았습니다.Volta는 기전력(emf)과 장력(전위차)을 구별합니다. 개방 회로일 때 관측된 전위차는 전류가 [12]: 405 흐르지 않도록 셀의 전위차를 정확히 조정해야 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b International Bureau of Weights and Measures (2019-05-20), SI Brochure: The International System of Units (SI) (PDF) (9th ed.), ISBN 978-92-822-2272-0{{citation}}: CS1 maint :url-status (링크)
  2. ^ IEV: 전위
  3. ^ IEV: 전압
  4. ^ 데메트리우스 T.파리와 F.Kenneth Hurd, 기본 전자기 이론, 뉴욕 McGraw-Hill, 1969, ISBN 0-07-048470-8, 페이지 512, 546
  5. ^ P. Hammond, 엔지니어를 위한 전자기학, 135, Pergamon Press 1969 OCLC 854336.
  6. ^ a b c d e Griffiths, David J. (1999). Introduction to Electrodynamics (3rd ed.). Prentice Hall. ISBN 013805326X.
  7. ^ Moon, Parry; Spencer, Domina Eberle (2013). Foundations of Electrodynamics. Dover Publications. p. 126. ISBN 978-0-486-49703-7.
  8. ^ a b c A. Agarwal & J. Lang (2007). "Course materials for 6.002 Circuits and Electronics" (PDF). MIT OpenCourseWare. Retrieved 4 December 2018.
  9. ^ Bossavit, Alain (January 2008). "What do voltmeters measure?". COMPEL - the International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering. 27: 9–16. doi:10.1108/03321640810836582 – via ResearchGate.
  10. ^ Feynman, Richard; Leighton, Robert B.; Sands, Matthew. "The Feynman Lectures on Physics Vol. II Ch. 22: AC Circuits". Caltech. Retrieved 2021-10-09.{{cite web}}: CS1 maint :url-status (링크)
  11. ^ Bagotskii, Vladimir Sergeevich (2006). Fundamentals of electrochemistry. p. 22. ISBN 978-0-471-70058-6.
  12. ^ a b c 로버트 N. 바니, 리온 H.피셔, "기전력: "볼타의 잊혀진 개념", 미국 물리학 저널, 제48권, 발행 5, 페이지 405-408, 1980년 5월.
  13. ^ C. J. Brockman, "볼타 전기의 기원: E.M. F. 개념이 개발되기 전의 접촉 화학 이론", 화학 교육 저널, 제5권, 제5호, 페이지 549-555, 1928년 5월

각주

  1. ^ 이는 맥스웰 패러데이 방정식 × - Bt { =-{\}{\ t에서 단순히 연결된 영역에서 자기장이 변화하고 있는 경우 a가 아닌 영역에서의 전계의 컬링입니다.보수적인자세한 내용은 보수력 mathemat 수학적 설명을 참조하십시오.
  2. ^ 예를 들어 로렌츠 게이지에서 전위는 빛의 속도로 전파되는 지연 전위이지만 쿨롱 게이지에서는 소스 전하 분포가 변화하면 전위가 순식간에 변화합니다.
  3. ^ 이 설명에서는 전압계의 특성에 대해 몇 가지 가정을 합니다(이러한 내용은 인용 문서에 설명되어 있습니다).이러한 가정 중 하나는 전압계에 의해 소비되는 전류가 무시할 수 있는 수준이라는 것입니다.

외부 링크