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전기기능사 전기이론 · 콘덴서(커패시터)

Capacitor Basics

콘덴서는 두 도체판 사이에 전하를 모아 두는 소자이고, 얼마나 모을 수 있는지를 정전 용량 C 로 나타낸다. 정전 용량을 정하는 면적 · 간격 · 유전율, 직렬 · 병렬 합성, 저장 에너지 W = ½CV² 를 다룬다. 그림은 유전체를 끼운 평행판 콘덴서예요. 극판 간격 d 슬라이더(1 ~ 10 mm)를 옮기면 판 사이가 벌어지거나 좁아지고, 위쪽 C 상대값이 d 에 반비례해 바뀌어요.

콘덴서란

🔋 전하를 잠시 모아 두는 소자
①금속판 두 장을 가까이 마주 놓고 전압을 걸면 판에 전하가 모인다
②판 사이에 유전체(절연물)를 넣으면 같은 전압에서 더 많이 모인다
③모은 전하를 짧은 시간에 한꺼번에 내보낼 수 있다
④직류는 충전이 끝나면 더 흐르지 않아 회로가 끊긴 것처럼 보이고, 카메라 플래시 · 전원 회로에 많이 써요

정전 용량 C: 얼마나 모을 수 있나

5 mm

C 상대값 = 8.85/d = 1.8 (εA 고정) · V = 1 이면 ½CV² = 0.89

💡 정전 용량을 키우려면
①극판 면적 A 를 넓힌다
②극판 간격 d 를 좁힌다
③유전율 ε 이 큰 재료를 넣는다
④세 가지 모두 같은 전압에서 판에 모이는 전하를 늘려요
정전 용량
C = ε Ad
C: 정전 용량 [F] · ε: 유전율 · A: 면적 [m²] · d: 간격 [m]

직렬 · 병렬 합성

합성

콘덴서 직렬과 병렬
구분직렬 연결병렬 연결
연결 모양한 줄로 이음나란히 이음
합성 식1/C = 1/C₁ + 1/C₂C = C₁ + C₂
특징용량이 줄어듦용량이 늘어남
전압 · 전하전하는 같고 전압이 나뉨전압은 같고 전하가 나뉨
⚠️ 저항과 거꾸로
①저항은 직렬이면 그대로 더한다(R = R₁ + R₂)
②콘덴서는 직렬이면 역수로 더해 용량이 줄어든다
③병렬은 그 반대라서, 합성 규칙이 저항과 서로 뒤바뀌어 있어요

정전 에너지

콘덴서 저장 에너지
W = 12CV2
W: 에너지 [J] · C: 정전 용량 [F] · V: 전압 [V]
다른 꼴
W = Q22C = 12QV
Q = CV 를 넣어 바꾼 꼴
💡 저장 에너지의 성질
①전압이 2배가 되면 에너지는 4배다(V² 에 비례)
②용량이 클수록 에너지를 더 많이 모은다
③충전은 에너지를 모으는 것이고, 방전은 모은 에너지를 내보내는 것이에요

정리

정전 용량
C = ε Ad
면적이 넓고 간격이 좁을수록 용량이 크다
정전 에너지
W = 12CV2
전압의 제곱에 비례
직렬 합성
1C = 1C1 + 1C2
직렬이면 용량이 줄어든다(저항과 반대)
병렬 합성
C = C1 + C2
병렬이면 용량이 늘어난다(저항과 반대)
🎯 시험에서 묻는 것
①C = εA/d 는 면적에 비례하고 간격에 반비례한다
②직렬 합성은 역수로 더한다(저항과 반대)
③병렬 합성은 그냥 더한다
④에너지 W = ½CV² 는 V² 에 비례한다
⑤단위는 패럿 [F] 이지만 실제로는 [μF] · [pF] 를 많이 써요
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