안녕하세요. 구본민 전문가입니다.
Q. 전동기의 기본 원리에 대해서 궁금합니다.
안녕하세요. 구본민 박사입니다.전동기에 대한 깊이있는 이해는 생각보다 상당히 복잡합니다. 저도 모터제어쪽 관련된 여러 프로젝트를 수행했지만 수행할때 마다 저마다 다른 시스템 특성 때문에 고생한 기억이 있는데요. 전동기의 기본 원리에 대해 간단하게 정리해 보겠습니다. 전동기(모터)의 기본적인 원리는 전자기 유도와 전자기력을 활용하여 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 것입니다. 전동기는 전기회로 내의 전류가 자계(자기장)와 상호작용하면서 회전력(토크)을 발생시키는 원리로 동작합니다.기본 구성 요소고정자(스테이터, Stator): 전동기의 고정된 부분으로, 자석이나 전자석을 사용하여 자기장을 형성하는 역할을 합니다.회전자(로터, Rotor): 전동기의 회전하는 부분으로, 전류가 흐르는 도체 코일로 구성되어 있으며, 고정자의 자기장과 상호작용하여 회전력을 받습니다.원리 : 전자기력(로렌츠 힘)전동기의 핵심 원리는 로렌츠 힘(Lorentz force)입니다. 이는 전류가 흐르는 도체가 자기장 안에 있을 때, 자기장과 전류의 상호작용으로 인해 도체에 힘이 발생한다는 것입니다.전류가 흐르는 도체에 자기장이 가해지면, 도체에 힘이 발생하여 회전하거나 움직이게 됩니다. 이때 발생하는 힘을 전자기력이라 하며, 이 힘이 전동기에서 회전 운동을 만들어냅니다.동작 원리1) 전류가 흐르는 도체와 자기장의 상호작용: 전동기 내부의 회전자에 전류가 흐르면, 고정자가 형성하는 자기장과 상호작용하게 됩니다. 자석의 N극과 S극 사이에 전류가 흐르는 도체가 놓이면, 자기장과 전류 사이의 상호작용에 의해 회전자에 회전력(토크)이 발생합니다.2) 지속적인 회전: 전동기가 계속 회전하기 위해서는 회전자가 한 방향으로 지속적으로 힘을 받아야 합니다. 이를 위해 교류 전류 또는 직류 전류를 사용해 전류 방향을 바꾸거나, 전자석의 극성을 변경하여 지속적으로 회전 운동을 유지할 수 있게 합니다.직류 전동기(DC 모터)의 경우, 정류자(commutator)를 사용해 회전자에 흐르는 전류 방향을 주기적으로 바꾸어 회전 방향이 일정하게 유지되도록 합니다.교류 전동기(AC 모터)는 교류 전류의 주기적인 변화를 이용해 고정자의 자기장이 변화하면서 회전자가 지속적으로 회전할 수 있도록 합니다. 전동기는 전류가 흐르는 도체가 자기장과 상호작용하여 전자기력을 발생시키고, 이 힘을 통해 회전 운동을 만드는 원리로 동작합니다. 이 기본 원리를 바탕으로 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하여, 다양한 전자기기와 기계에서 사용됩니다. 흥미롭게도 전동기의 회전축을 외부에서 물리적인 힘으로 회전을 시키면 발전기로 동작해서 전기를 만들어 낼 수 있습니다. 이 회전운동을 바람, 물, 파도 등을 이용해서 풍력, 수력, 조력 발전을 수행합니다. 전동기에 대해 좀더 깊이 있게 이해하고 이를 구동하기 위한 회로와 알고리즘을 공부해 보면 생각 보다 이 분야가 매우 재미 있다고 느낄 실 수 있을것 같습니다. 오늘도 좋은 하루 되세요.
Q. 전기 회로 내에서 저항에 대해서 질문드립니다.
안녕하세요. 질문하신 내용들이 커패시더, 인덕터, 전자기 유도등 전자공학쪽 전공을 하시는 분이 아닐까 조심스레 생각해 봅니다^^전기 회로 내에서 저항은 매우 중요한 역할을 합니다. 저항은 전기 흐름, 즉 전류의 흐름을 제어하는 요소로, 전기 회로의 여러 부분에서 다양한 기능을 수행합니다. 저항의 역할을 이해하기 위해서는 몇 가지 핵심적인 기능을 살펴보는 것이 도움이 됩니다.전류 제한 : 저항의 가장 기본적인 역할은 전류를 제한하는 것입니다. 회로에서 저항이 없으면 전류가 무한정 흐르려고 할 수 있으며, 이는 과전류로 인해 회로나 전자 부품이 손상될 수 있습니다. 저항은 옴의 법칙(Ohm's Law, V = IR)에 따라 전압과 전류의 관계를 결정하는데, 저항이 크면 전류가 적게 흐르고, 저항이 작으면 더 많은 전류가 흐르게 됩니다. 전압 분배 : 저항은 전압을 분배하는 데에도 사용됩니다. 여러 저항을 직렬로 연결하면 각 저항에 걸리는 전압이 달라지며, 이를 이용해 특정 지점에 원하는 전압을 걸 수 있습니다. 이를 전압 분배기(voltage divider)라고 합니다.신호 처리 및 필터링 : 저항은 신호 처리와 필터링에도 자주 사용됩니다. 저항은 커패시터와 함께 특정 주파수 대역을 통과시키거나 차단하는 필터 회로를 구성할 수 있습니다. 이를 통해 고주파나 저주파 성분을 선택적으로 걸러내는 작업이 가능합니다.전력 소모 및 열 발생 : 저항은 전류가 흐를 때 전력을 소모하며, 이 전력은 열 에너지로 변환됩니다. 일부 회로에서는 의도적으로 전력을 소모해 열을 발생시키는 히터 역할을 하거나, 회로에서 에너지를 소모시켜 다른 부품들이 안전하게 작동할 수 있도록 합니다.신호 감지(센싱저항): 저항을 통해 전류나 전압의 변화를 감지할 수도 있습니다. 이를 통해 센서로부터 들어오는 신호를 처리하거나, 다른 회로의 상태를 모니터링하는 데 사용됩니다. 저항을 이용해 회로에서 흐르는 전류의 변화를 측정하거나 검출할 수 있습니다.정리해 보면 저항은 전자 회로에서 전류를 제한, 전압분배, 신호처리 및 필터링, 전력을 소모해 열 발생 등 다양한 역할을 수행합니다. 저항의 역할에 대해 이해가 되셨나요? 전자공학쪽에서 훌륭한 엔지니어가 되시길 기원합니다. 감사합니다.
Q. 오래된 휴대폰 배터리가 부풀어올라있는데 처리방법이 궁금합니다.
안녕하세요. 오래 방치한 휴대폰 배터리가 부풀어 올랐다면, 이는 배터리 내부에서 화학 반응이 일어나 가스가 발생하면서 생기는 현상입니다. 이는 리튬 이온 배터리에서 종종 발생하는 현상으로 매우 위험할 수 있습니다. 부풀어 오른 배터리는 폭발하거나 화재로 이어질 수 있기 때문에, 이를 안전하게 처리하는 것이 중요합니다. 즉시 사용 중지 : 부풀어 오른 배터리는 즉시 사용을 중지하여야 하며, 더이상 충전하거나 기기의 전원을 켜지 말고 배터리를 분리할 수 있다면 분리하면 좋겠지만 요즘 휴대폰은 그게 힘들기 때문에 일단 완전히 방전될 수 있도록하고 사용하지 말아야 합니다. 휴대폰 배터리가 부풀어 올라 액정이 벌어졌다면 계속 사용을 위해서는 서비스센터에서 배터리 교체와 점검이 필요해 보입니다.
Q. 우리가 생활하면서 쓰는 배터리는 충전을
안녕하세요. 배터리에 대해서 궁금하시군요. 우리는 일상 생활에서 다양하게 배터리를 사용하고 있고, 배터리는 사용하는 동안 수명이 줄어들어 일정한 주기로 배터리를 교체해야 100%의 배터리 성능을 낼 수 있습니다. 배터리 성능이 시간이 지날수록 저하되는 현상은 배터리의 화학적 특성과 관련이 있습니다. 배터리는 기본적으로 화학 반응을 통해 에너지를 저장하고 방출하는데, 이 과정에서 다양한 요인이 성능 저하를 일으킵니다. 주요 원인을 몇 가지로 나눠 설명할 수 있습니다.화학적 열화 : 배터리는 충전과 방전을 반복하면서 내부의 화학 물질들이 조금씩 변화합니다. 특히 리튬 이온 배터리는 전극과 전해질 사이에서 화학적 반응이 일어나면서, 시간이 지남에 따라 리튬 이온의 이동 효율성이 떨어집니다. 이로 인해 충전 용량이 줄어들고, 사용 시간이 짧아지게 됩니다.덴드라이트 형성 : 리튬 이온 배터리의 경우, 충전과 방전을 반복하면서 리튬 덴드라이트라는 미세한 금속 결정이 형성될 수 있습니다. 이 덴드라이트가 전극을 손상시키거나 배터리 내부에서 단락(쇼트)을 일으켜 배터리 성능이 급격히 떨어지거나 위험한 상태가 될 수 있습니다.전해질 분해 : 배터리 내부의 전해질도 시간이 지나면서 분해될 수 있습니다. 전해질은 이온이 이동하는 통로 역할을 하는데, 분해되면 이온의 이동이 원활하지 않게 되어 배터리 성능이 감소합니다.과충전 및 과방전 : 배터리를 과도하게 충전하거나 깊이 방전시키면 배터리 내부에 스트레스가 쌓여 성능이 저하될 수 있습니다. 이는 전극의 구조를 손상시키거나 화학적 변화를 가속화하여 배터리 수명을 단축시킵니다.온도 영향 : 고온이나 저온 상태에서 배터리를 사용하거나 보관하면 화학 반응의 속도가 변하면서 성능 저하가 촉진될 수 있습니다. 고온에서는 전해질이 분해될 위험이 있고, 저온에서는 리튬 이온의 이동 속도가 느려져 배터리 효율이 떨어집니다.결국 배터리는 사용을 지속하면서 이러한 여러 요인들이 누적되면서 성능저하가 일어나게 됩니다. 이를 조금이나마 방지하기 위해서는 배터리를 적절한 온도에서 사용하고, 완전 방전이나 과충전을 피하고, 충전 주기를 잘 관리하는 것이 중요합니다. 노트북 배터리의 경우 스마트 충전 기능을 설정하게 되면 충전 용량을 80%까지로 제한하여 배터리의 성능저하를 줄여 주는 기능도 있습니다.
Q. 와이파이 전파는 건물의 콘크리트 벽을 뚫고 지나갈 수 있나요??
안녕하세요. 요즘 한국에서 와이파이는 없어서는 안될 중요한 편의 기능입니다. 와이파이(Wi-Fi) 신호는 무선 전파로 전달되며, 이 전파는 물리적인 장애물(벽, 가구 등)을 어느 정도 통과할 수 있습니다. 하지만, 전파의 성질과 장애물의 종류에 따라 신호가 약해질 수 있습니다. 질문자님의 경우, 거실에 있는 공유기로부터 와이파이 신호가 콘크리트 벽을 통과하거나 회절하여 방까지 도달하는 방식으로 통신이 이루어집니다. 아래에서 두 가지 현상을 설명하겠습니다.전파의 직진 및 통과와이파이 신호는 전파(전자기파)의 한 형태로, 주로 2.4GHz 또는 5GHz 대역을 사용합니다. 이 전파는 일부 물질을 통과할 수 있지만, 물질의 두께나 밀도에 따라 투과율이 달라집니다.콘크리트 벽은 와이파이 전파를 완전히 차단하지는 않지만, 일부 신호가 흡수되거나 반사되어 신호 세기가 약해집니다. 벽의 두께와 재질(콘크리트, 금속, 유리 등)에 따라 신호가 약해지거나 불안정해질 수 있습니다.전파의 회절 및 반사전파는 회절(difraction) 현상을 통해 장애물을 만나면 그 주위로 굽어지며 이동할 수 있습니다. 즉, 전파는 벽 모서리나 문 쪽으로 돌아서 방으로 전달될 수 있습니다.또한, 반사(reflection) 현상도 발생할 수 있습니다. 와이파이 신호는 방 안의 가구, 벽, 천장 등 여러 표면에 반사되어 여러 경로를 통해 도달할 수 있습니다. 그래서 벽을 완전히 뚫고 지나가기보다, 여러 경로로 신호가 도달할 가능성이 큽니다.결론적으로, 와이파이 전파는 벽을 통과하면서 일부 신호가 약해지거나 여러 경로로 반사 및 회절되어 당신의 방까지 전달됩니다. 하지만, 벽의 두께와 재질에 따라 신호 세기가 달라질 수 있습니다. 신호가 약한 경우 안 쓰는 공유기로 와이파이 중계기를 만들거나, 안테나를 통해 신호를 증폭하는 방법을 생각해 볼 수 있습니다.