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전기기사 전기자기학 · 유전체의 특수현상

Special Dielectric Phenomena

보통의 유전체는 바깥 전계가 있어야 분극되지만, 어떤 결정은 전계 없이도 전압을 만들어 내요. 압전기는 힘을 주면 전압이 생기고, 파이로전기는 온도가 바뀌면 전압이 생기며, 접촉전기는 서로 다른 물질이 닿을 때 전하가 옮겨 가요. 시험에서는 원인이 힘인지 열인지 접촉인지, 그리고 결과가 전압인지 전하 이동인지를 가려내는 문제가 나와요. 첫 그림의 세 카드가 세 현상의 원인과 결과를 나란히 보여 주고, 둘째 그림에서 압축력 슬라이더를 올리면 결정이 눌리며 위쪽 전압 값이 힘에 비례해 커져요.

유전체의 특수현상이란

🔍 전계 없이도 전압이 생기는 현상
①보통의 유전체는 바깥 전계가 있어야 분극된다
②어떤 결정은 힘 · 열 · 접촉만으로도 전압이나 전하를 만든다
③시험은 원인(힘 · 열 · 접촉)과 결과(전압 · 전하 이동)를 짝지어 묻는다
④세 카드의 가운데 기호가 원인에서 결과로 가는 길을 줄여 적은 것이에요

압전기(Piezoelectricity)

3 N
압전 효과
힘 → 전압
결정이 눌리거나 늘어나 구조가 변형되면 분극이 생긴다
💡 압전기의 핵심
①수정 · 로셸염 같은 압전 결정에 힘을 가하면 양 끝 면에 전압이 생긴다
②거꾸로 전압을 걸면 결정이 변형되는데, 이를 역압전 효과라 한다
③슬라이더를 올리면 결정이 납작하게 눌리고 위쪽 V 값이 함께 커진다
④압전 센서 · 수정 발진기 · 잉크젯 헤드 · 손목시계에 쓰여요

파이로전기(Pyroelectricity)

파이로전기 효과
ΔT → V
결정의 온도가 바뀌면 자발 분극이 달라진다
🔥 파이로전기의 핵심
①전기석(토르말린) · 티탄산바륨 같은 결정은 온도에 따라 분극의 크기가 바뀐다
②온도가 오르내리면 분극이 바뀌고, 그만큼 표면 전하가 달라져 전압이 생긴다
③압전기와 달리 원인이 힘이 아니라 열이다
④적외선 센서 · 불꽃 감지기 · 온도 측정에 쓰여요

접촉전기(Contact Electrification)

접촉전기 효과
접촉 → 전하 이동
물질마다 다른 일함수 때문에 전하가 옮겨 간다
✋ 접촉전기의 핵심
①서로 다른 물질을 맞대거나 문지르면 전하가 한쪽에서 다른 쪽으로 옮겨 간다
②물질마다 전자를 붙잡는 세기(일함수)가 다르기 때문이다
③털가죽이나 유리처럼 전자를 잘 내주는 물질은 + 로, 고무나 PVC 처럼 전자를 잘 받는 물질은 − 로 대전된다
④플라스틱 자로 머리를 문지르면 정전기가 생기는 것이 그 예다
⑤복사기(전자 사진)가 이 원리를 쓰고, 반대로 정전기 방전은 막아야 할 대상이에요

유전체의 특수현상 정리

압전기
힘 → 전압
힘 → 전압
역압전기
전압 → 변형
전압 → 변형
파이로전기
ΔT → V
열 → 전압
접촉전기
접촉 → 전하 이동
일함수 차이
🎯 시험 포인트
①압전기는 힘 → 전압이고, 거꾸로 전압 → 변형인 역압전 효과도 있다
②파이로전기는 열 → 전압이라 압전기와 헷갈리지 않게 한다
③접촉전기는 물질을 맞댈 때 전하가 옮겨 가는 현상이다
④세 현상은 원인(힘 · 열 · 접촉)과 결과(전압 · 전하 이동)로 가려내요
⑤piezo 는 「누르다」, pyro 는 「불」이라는 뜻이라 원인을 떠올리기 쉽다
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