[전기 이론] 커패시턴스

 전기에너지를 저장해야 할 때 보통 배터리를 사용한다. 하지만 작은 전기를 잠시 저장할 때는 커패시터(Capacitor)를 사용하며 다른 말로는 콘덴서(Condenser), 축전기라고 부른다.

 

 커패시터의 원리는 보통 2개의 도체 극판 사이를 적절하게 띄어주고 도체 양쪽에 +와 -의 전기를 가하게 되면 전하는 커패시터로 모이게 된다. 두 극판은 전기가 통하지 않기 때문에 서로 이동은 못하고 머물러있는 상태가 되는 것이고 이것이 전기가 저장된 것으로 볼 수 있다. 이 원리를 통하여 잠깐 전하를 충전할 수 있으며 급겹한 전압이 어떤 회로에 가해졌을 때 회로의 에너지를 잠시 한쪽에 보관하여 전압이 올라가서 회로가 손상되는 것을 막을 수 있다.

 

 이 그림을 예시로 두 극판을 놓고 전지를 연결하게 되면 두 극판에는 +와 -의 전원이 걸리게 되어 전기장이 +극에서 -극으로 형성이 되고 두 극판 사이에 +전하와 -전하가 몰리게 되며 전하가 축적되는 것이다. 이처럼 도체가 전하를 저장할 수 있는 장치를 커패시터 또는 콘덴서라고 하며 이 저장 능력을 커패시턴스라고 한다. 기호는 C로 단위는 [F]로 표시하며 패럿(Farad)이라고 읽는다.

커패시터 예시

 

 커패시턴스는 전기장에 의해 커지거나 약해지는데 물질에 따라 전기장을 얼마너 더 약하게 하느냐의 크기를 유전율이라하며 유전율이 클수록 더 많은 전하를 저장할 수 있다. 이 커패시터의 용량은 극판의 거리, 극판의 면적, 극판 사이에 들어가는 유전체의 종류에 따라서 다르며 극판의 거리는 좁을수록 전계의 세기가 더 크게 작용하여 더 많은 전하가 저장된다. 또한 극판의 면적이 클수록 더 많은 전하가 저장되고 유전율이 클수록 더 많이 전하가 저장된다.

커패시터 정전용량 공식

비유전율표

 

  커패시터도 리액터와 마찬가지로 교류에서는 계속해서 극성이 바뀌기 때문에 전하를 축적하기가 어려워진다. 그렇기 때문에 주파수가 클수록 전하의 축적이 거의 이루어지지 않으며 커패시터에도 전기의 흐름을 방해하는 용량성 리액턴스(Capacitive Reactance)가 발생한다.

용량성 리액턴스 공식

 

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