전기기능사 전기이론 · 콘덴서(커패시터)

Capacitor Basics

콘덴서는 전하를 저장하는 소자이고, 정전용량 C가 저장 능력을 말해요. 직렬·병렬 합성과 정전에너지 식으로 회로 속 역할을 잡아요. 직류에서는 개방처럼 보이고, 간격·면적이 C를 정해요. 합성 C·에너지 관계에서 커패시터 기초가 보여요.

콘덴서란?

🔋 콘덴서 = 전기를 잠깐 저장하는 그릇

①두 장의 금속판을 가까이 놓으면 → 전기를 저장할 수 있어요

②금속판 사이에 유전체(절연물)를 넣으면 더 많이 저장

③비유: 물탱크에 물을 담았다가 한꺼번에 쏟는 것과 비슷

④카메라 플래시, 전자제품 전원에 많이 사용

정전용량 C: 얼마나 저장할 수 있을까?

극판 간격 d5 mm

C 상대값 = 8.85/d = 1.8 (εA 고정). V=1 가정 시 ½CV² = 0.89

💡 정전용량을 키우려면?

①극판 면적 A를 크게 → C 증가

②극판 간격 d를 작게 → C 증가

③유전율 ε이 큰 재료 → C 증가

④비유: 물탱크가 넓고 깊을수록 물을 더 많이 담는 것!

정전용량

C = ε Ad

C: 정전용량[F], ε: 유전율, A: 면적[m²], d: 간격[m]

직렬·병렬 합성

합성

콘덴서 직렬 vs 병렬

구분	직렬 연결	병렬 연결
연결 모양	일렬로 줄서기	나란히 나란히
합성 공식	1/C = 1/C₁ + 1/C₂	C = C₁ + C₂
특징	용량 감소	용량 증가
비유	물탱크 직렬 → 물 흐르기 어려움	물탱크 병렬 → 더 많이 저장

⚠️ 주의! 저항과 정반대!

①저항 직렬: R = R₁ + R₂ (더함)

②콘덴서 직렬: 역수로 더함 (줄어듦)

③저항과 콘덴서의 합성은 정반대라고 외우세요!

정전에너지

콘덴서 저장 에너지

W = 12CV²

W: 에너지[J], C: 정전용량[F], V: 전압[V]

다른 형태

W = Q²2C = 12QV

Q = CV 관계를 이용한 변환

💡 에너지 저장 핵심

①전압이 2배 → 에너지는 4배 (V²에 비례)

②용량이 클수록 더 많은 에너지 저장

③충전: 전기 저장 / 방전: 저장된 전기 방출

총정리

정전용량

C = ε Ad

면적↑ 간격↓ → 용량↑

정전에너지

W = 12CV²

전압²에 비례

직렬 합성

1C = 1C₁ + 1C₂

직렬 → 용량 감소 (저항과 반대!)

병렬 합성

C = C₁ + C₂

병렬 → 용량 증가 (저항과 반대!)

🎯 시험 포인트

①C = εA/d: 면적 비례, 간격 반비례

②직렬 합성: 역수 더하기 (저항과 반대!)

③병렬 합성: 그냥 더하기

④에너지 W = ½CV²: V²에 비례

⑤단위: [F] 패럿, 실제로는 [μF], [pF] 사용