[전기 이론] 공진현상

 모든 물체는 고유한 진동수를 가지고 있으며 눈으로는 보이지 않을 수 있지만 다양한 물체들이 아주 미세하게 진동을 하고 있다. 가장 큰 예시로 그네를 들 수 있는데 그네는 앞뒤로 흔들리는 일정한 진동수로 왕복하며 운동을 하고 있다. 이러한 진동을 이용하여 라디오를 듣거나 텔리비전을 볼 수 있는데 우리의 공기 중에는 수많은 주파수들이 돌아다니고 수신장치를 통하여 특정 주파수를 맞추게 되면 공진 현상이 발생하여 음성을 들을 수 있다.

 

 이 공진 현상은 전기와도 깊은 관련이 있다. 앞에서 살펴본 RLC가 직렬로 연결된 회로에서 임피던스를 구할 때 저항과 리액턴스의 백터적인 합을 통해 계산이 가능하고 식은 다음과 같다.

임피던스 공식

 

 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스의 차를 통해 리액턴스를 계산하는데 만약 이 차이가 0이면 임피던스는 저항만 남게 되는데 이를 RLC 직렬 회로에서는 직렬 공진이라고 한다. 여기서 리액턴스가 제외되기 때문에 전기를 방해하는 성분이 가장 작아서 큰 전류가 흐르게 된다. 아래의 그림처럼 유도성 리액턴스는 주파수에 비례하여 가로축이 커질수록 유도성 리액턴스가 증가한다. 반대로 용량성 리액턴스는 주파수에 반비례하여 크기가 작아지게 되고 이 둘이 만나는 지점이 있는데 이 지점을 공진 주파수라고 한다.

직렬 공진

공진 주파수 공식

 

 전기로 인하여 발생한 자기는 그 힘이 공중으로 전달되는데 자기를 통한 에너지를 보내는 쪽의 고유진동수와 받는 쪽의 고유진동수가 일치하게 되면 공진 현상이 발생하고 이를 통하여 라디오의 특정 주파수의 라디오파를 증폭하여 수신을 할 수 있는 것이다. 또한 라디오뿐만 아니라 공진 현상은 여러 통신장치에 이용되며 무선충천의 원리에도 적용된다.

 

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