어떤 면에서 커패시터는 배터리와 비슷합니다. 완전히 다른 방식으로 작동하지만 커패시터와 배터리는 모두 전기 에너지를 저장 합니다. How Batteries Work 를 읽었다면 배터리에는 두 개의 단자가 있다는 것을 알고 있습니다. 배터리 내부에서 화학 반응은 한 단자에서 전자를 생성하고 다른 단자에서 전자를 흡수합니다. 커패시터는 새로운 전자를 생성할 수 없고 저장만 하기 때문에 배터리보다 훨씬 간단합니다.
이 기사에서는 커패시터가 무엇인지, 어떤 역할을 하며 전자 제품에서 어떻게 사용되는지 정확히 알아볼 것입니다. 또한 커패시터의 역사와 여러 사람들이 커패시터의 발전을 도운 방법을 살펴보겠습니다.
커패시터 내부 단자는 두 금속 연결 판 에 의해 분리 된 비 - 전도성 물질 또는 유전 . 알루미늄 호일 두 장 과 종이 한 장으로 커패시터를 쉽게 만들 수 있습니다 . 저장 용량 측면에서 특별히 좋은 커패시터는 아니지만 작동할 것입니다.
이론적으로 유전체는 모든 비전도성 물질이 될 수 있습니다. 그러나 실제 적용을 위해 커패시터의 기능에 가장 적합한 특정 재료가 사용됩니다. 운모, 세라믹, 셀룰로오스, 도자기, Mylar, Teflon 및 심지어 공기도 사용되는 비전도성 재료 중 일부입니다. 유전체는 커패시터의 종류와 가장 적합한 커패시터를 나타냅니다. 유전체의 크기와 유형에 따라 일부 커패시터는 고주파수 용도에 더 적합하고 일부 커패시터는 고전압 용도에 더 적합합니다. 커패시터는 계산기의 가장 작은 플라스틱 커패시터에서 통근 버스에 전력을 공급할 수 있는 울트라 커패시터에 이르기까지 모든 용도에 맞게 제조할 수 있습니다. 나사유리 커패시터를 사용하여 우주 왕복선의 회로를 깨우고 우주 탐사선을 배치하는 데 도움을 줍니다. 다음은 다양한 유형의 커패시터와 사용 방법 중 일부입니다.
- 공기 - 라디오 튜닝 회로에 자주 사용됨
- Mylar - 시계 , 알람 및 카운터와 같은 타이머 회로에 가장 일반적으로 사용됨
- 유리 - 고전압 애플리케이션에 적합
- 세라믹 - 안테나, X선 및 MRI 기계 와 같은 고주파 목적에 사용
- 슈퍼 커패시터 - 전기 및 하이브리드 자동차에 전원 공급
다음 섹션에서는 커패시터가 정확히 어떻게 작동하는지 자세히 살펴보겠습니다.
- 커패시터 회로
- 패러드
- 커패시터의 역사
커패시터 회로
에서 전자 회로 , 용량은 다음과 같이 도시된다 :
커패시터를 배터리에 연결 하면 다음 과 같은 일이 발생합니다.
- 배터리의 음극 단자에 부착된 커패시터의 판은 배터리에서 생성되는 전자를 받아들입니다.
- 배터리의 양극 단자에 부착된 커패시터의 플레이트는 배터리로 전자를 잃습니다.
일단 충전되면 커패시터는 배터리 와 동일한 전압 을 갖습니다 (배터리의 1.5볼트는 커패시터의 1.5볼트를 의미합니다). 소형 커패시터의 경우 용량이 작습니다. 그러나 큰 커패시터는 상당한 양의 전하를 보유할 수 있습니다. 손전등 전구 를 1분 이상 켤 수 있는 충분한 전하를 보유하는 소다캔만큼 큰 축전기를 찾을 수 있습니다 .
자연조차도 번개의 형태로 작동하는 커패시터를 보여줍니다. 한 판은 구름 이고 다른 판은 땅이며 번개 는 이 두 "판" 사이에서 방출되는 전하입니다. 분명히, 그렇게 큰 커패시터에 엄청난 양의 전하를 담을 수 있습니다!
다음과 같이 커패시터를 연결한다고 가정해 보겠습니다.
여기에 배터리, 전구 및 커패시터가 있습니다. 커패시터가 꽤 큰 경우, 당신이 의지 예고는 배터리를 연결할 때 전구는에서 전류가 흐르는로 점등, 그입니다 배터리 를 충전하기 위해 커패시터. 전구는 점차 어두워지고 커패시터가 용량에 도달하면 마침내 꺼집니다. 그런 다음 배터리를 제거하고 와이어로 교체하면 커패시터의 한 플레이트에서 다른 플레이트로 전류가 흐릅니다. 전구는 처음에 켜졌다가 완전히 꺼질 때까지 커패시터가 방전됨에 따라 어두워집니다.
다음 섹션에서는 커패시턴스에 대해 자세히 알아보고 커패시터가 사용되는 다양한 방법을 자세히 살펴보겠습니다.
워터 타워처럼
커패시터의 동작을 시각화하는 한 가지 방법 은 파이프에 연결된 급수탑 으로 상상하는 것 입니다. 급수탑은 수압을 "저장"합니다. 급수 시스템 펌프가 도시에서 필요로 하는 것보다 더 많은 물을 생산할 때 초과분은 급수탑에 저장됩니다. 그런 다음 수요가 많은 시간에 초과 물이 타워 밖으로 흘러나와 압력을 유지합니다. 커패시터는 같은 방식으로 전자를 저장한 다음 나중에 방출할 수 있습니다.
패러드
커패시터의 저장 전위 또는 커패시턴스 는 패럿 이라는 단위로 측정됩니다 . 1패럿 커패시터는 1볼트에서 1쿨롱(쿨롬)의 전하를 저장할 수 있습니다. 쿨롱은 625e18(6.25 * 10^18 또는 62억 5천만) 전자 입니다. 1 암페어 는 초당 1쿨롱 전자의 전자 흐름 속도를 나타내므로 1패러드 커패시터는 1볼트에서 1암페어-초의 전자를 보유할 수 있습니다.
1패럿 커패시터는 일반적으로 꽤 큽니다. 그것은 처리할 수 있는 전압에 따라 참치 캔이나 1리터 소다병만큼 클 수 있습니다. 이러한 이유로 커패시터는 일반적으로 마이크로패럿(100만분의 1패럿)으로 측정됩니다.
패럿이 얼마나 큰지 알아보려면 다음을 생각해 보십시오.
- 표준 알카라인 AA 배터리 는 약 2.8암페어-시간을 유지합니다.
- 이는 AA 배터리가 1.5볼트에서 1시간 동안 2.8암페어를 생산할 수 있음을 의미합니다(약 4.2와트시 -- AA 배터리는 4와트 전구를 1시간 조금 넘게 밝힐 수 있음).
- 수학을 쉽게 하기 위해 1볼트라고 합시다. AA 배터리 1개의 에너지를 커패시터에 저장하려면 이를 유지하는 데 3,600 * 2.8 = 10,080 패럿이 필요합니다. 암페어-아워는 3,600 암페어-초이기 때문입니다.
패럿을 담는 데 참치 캔 크기가 필요하다면 10,080 패럿은 AA 배터리 1개보다 훨씬 더 많은 공간을 차지할 것입니다! 분명히 고전압에서 수행하지 않는 한 상당한 양의 전력을 저장하기 위해 커패시터를 사용하는 것은 비실용적입니다.
애플리케이션
커패시터와 배터리의 차이점은 커패시터가 1초 미만의 아주 작은 순간에 전체 충전을 덤프할 수 있다는 것입니다. 배터리는 완전히 방전되는 데 몇 분이 걸립니다. 이것이 카메라 의 전자 플래시 가 축전기를 사용하는 이유입니다. 배터리는 몇 초에 걸쳐 플래시의 축전기를 충전한 다음 축전기가 완전히 충전된 것을 거의 즉시 플래시 튜브에 버립니다. 이것은 크고 충전된 커패시터를 극도로 위험하게 만들 수 있습니다. 플래시 장치와 TV 에는 이러한 이유로 개방에 대한 경고가 있습니다. 여기에는 잠재적으로 포함된 전하로 사망할 수 있는 큰 커패시터가 포함되어 있습니다.
커패시터는 전자 회로에서 여러 가지 방식으로 사용됩니다.
- 때때로 커패시터는 고속 사용을 위해 전하를 저장하는 데 사용됩니다. 그것이 플래시가 하는 일입니다. 대형 레이저도 이 기술을 사용하여 매우 밝고 즉각적인 플래시를 얻습니다.
- 커패시터는 또한 리플을 제거할 수 있습니다. DC 전압을 전달하는 라인에 리플이나 스파이크가 있는 경우 큰 커패시터는 피크를 흡수하고 골을 채워 전압을 균일하게 할 수 있습니다.
- 커패시터는 DC 전압을 차단할 수 있습니다. 작은 커패시터를 배터리에 연결하면 커패시터가 충전되면 배터리 극 사이에 전류가 흐르지 않습니다. 그러나 교류(AC) 신호는 방해받지 않고 커패시터를 통해 흐릅니다. 교류가 변동함에 따라 커패시터가 충전 및 방전되어 교류가 흐르는 것처럼 보이기 때문입니다.
다음 섹션에서는 커패시터의 역사와 가장 뛰어난 사람들이 커패시터의 발전에 어떻게 기여했는지 살펴보겠습니다.
정전식 터치 스크린
커패시터의 보다 미래 지향적인 애플리케이션 중 하나는 정전 식 터치 스크린 입니다. 이것은 매우 얇고 투명한 금속 코팅이 된 유리 스크린입니다. 내장된 전극 패턴이 화면을 충전하므로 터치 시 손가락에 전류가 흐르고 전압 강하가 발생합니다. 이 전압 강하의 정확한 위치는 컨트롤러에 의해 포착되어 컴퓨터로 전송됩니다. 이러한 터치 스크린은 대화식 건물 디렉토리에서 흔히 볼 수 있으며 최근에는 Apple의 iPhone에서 볼 수 있습니다.
커패시터의 역사
커패시터의 발명은 누구에게 묻는가에 따라 다소 다릅니다. 이후 피터 반 머스 쉔 브락, 레이덴 대학의 네덜란드 교수의 형태로 매우 유사한 장치를 내놓았다에 월드 게오르그 폰 클라이스트의 이름 11월 1745 몇 개월 만에 커패시터를 발명 한 독일의 과학자를 나타내는 기록이있다 레이덴 항아리 , 이것은 일반적으로 첫 번째 커패시터로 간주됩니다. Kleist는 자세한 기록과 메모가 없었고 네덜란드 사람의 악명이 없었기 때문에 그는 종종 커패시터의 발전에 기여한 사람으로 간과되었습니다. 그러나 수년에 걸쳐 그들의 연구는 서로 독립적이며 단지 과학적 우연의 일치에 불과하다는 것이 입증되었기 때문에 둘 다 동등한 공로를 인정받았습니다[출처: Williams ].
라이덴 병은 매우 간단한 장치였습니다. 그것은 물이 반쯤 채워져 있고 내부와 외부가 금속 호일로 늘어서 있는 유리병으로 구성되어 있습니다. 유리는 유전체 역할을 했지만 한동안 물이 핵심 성분으로 여겨졌습니다. 일반적으로 항아리 상단의 코르크 를 통해 금속 와이어 또는 사슬이 구동 되었습니다. 그런 다음 체인은 전하를 전달할 수 있는 무언가에 연결되었습니다. 아마도 수동식 정전기 발생기일 것 입니다. 일단 배달되면, 병은 전선에 연결될 때까지 두 개의 동일하지만 반대 전하를 평형 상태로 유지하여 약간의 불꽃이나 충격을 발생 시킵니다 [출처: Williams ].
Benjamin Franklin은 전기 실험에서 Leyden 병으로 작업했으며 곧 평평한 유리 조각이 병 모델과 마찬가지로 작동한다는 것을 발견하여 평평한 커패시터 또는 Franklin Square 를 개발하게 되었습니다 . 몇 년 후, 영국의 화학자 Michael Faraday는 실험에서 사용하지 않은 전자를 저장하기 위해 커패시터의 첫 번째 실용적인 응용 프로그램을 개척했습니다. 이것은 큰 오일 배럴 로 만든 최초의 사용 가능한 커패시터로 이어졌습니다 . Faraday의 축전기 발전은 결국 우리가 먼 거리까지 전력을 공급할 수 있게 해주었습니다. 패러데이가 전기 분야에서 이룬 업적의 결과로 커패시터의 측정 단위 또는 커패시턴스 가 패러드[출처: Ramasamy ] 로 알려지게 되었습니다 .
원래 게시: 2007년 9월 17일
