학문
냉철한라마35
인덕터 L과 축전기 C로 구성된 LC 회로의 고유 진동
저항이 없는 ideal한 LC 회로에서 축전기에 충전된 전기 에너지가 코일의 자기 에너지로 상호 전환되면서 일정한 고유 진동수로 전압과 전류가 주기적으로 진동하는 전기 진동 원리입니다.
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
충전된 축전기를 코일에 연결하면 축전기가 방전되며 전류가 흐르기 시작해요. 그런데 코일은 전류 변화를 거스르는 역기전력을 만들어서 전류가 서서히 커지고, 축전기 전하가 0이 되는 순간 전류가 최대가 돼요. 이때 처음의 전기 에너지 Q²/2C가 모두 코일의 자기 에너지 LI²/2로 옮겨가 있어요.
코일은 이번엔 전류가 줄어드는 것도 거스르니, 전류가 계속 흘러 축전기를 반대 극성으로 다시 충전해요. 이후 같은 과정이 반대 방향으로 되풀이되고, 저항이 없으니 이 왕복이 끝없이 이어져요.
식으로 쓰면 L(d²q/dt²) + q/C = 0으로 용수철에 매단 물체의 운동방정식과 같은 꼴이고, 고유 진동수는 f = 1/(2π√LC)예요. L = 1mH, C = 1μF라면 약 5kHz로 진동해요. 전압은 축전기 전하를, 전류는 그 변화율을 따라가니 둘은 항상 90° 어긋나서 전압이 최대일 때 전류는 0이에요. 라디오는 C를 바꿔 고유 진동수를 원하는 방송 주파수에 맞추는 방식으로 이 공진을 이용해요 :)
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채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
이상적인 LC회로에서는 축전기의 전기 에너지와 코일의 자기 에너지가 서로 번갈아 변환되면서 저항 손실 없이 일정한 고유 진동수로 전압과 전류가 영구적으로 진동한답니다.
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
이상적인 LC 회로에서는 처음 축전기에 저장된 전기 에너지가 코일 쪽으로 이동하면서 전류가 흐르기 시작합니다.
전류가 증가하게 되면 코일 주변에 자기장이 만들어지고, 축전기의 전압은 점점 줄어들게 됩니다. 축전기가 완전히 방전된 순간에는 에너지 대부분이 코일의 자기 에너지 형태로 저장되어 있고, 이후 코일의 자기장이 줄어들면서 전류가 계속 흐르고, 이번에는 반대 극성으로 축전기가 다시 충전됩니다. 이 과정이 반복되면서 축전기의 전기에너지와 코일의 자기 에너지가 서로 번갈아 변환되어 전압과 전류가 주기적으로 진동하는 것입니다.
고유진동수는 인덕턴스 L과 정전용량 C에 의해 결정되고, 둘 중 하나가 커질수록 진동수는 낮아집니다. 이상적인 회로는 저항이 없으므로 에너지 손실이 없어 이 진동이 계속 유지된다고 보면 되겠습니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
이상적인 LC 회로에서는 초기에 축전기의 전극판 사이에 전기장 형태로 저장된 전기 에너지가 방전되며 회로에 전류를 흘려보내고 이 전류가 인덕터를 통과하면서 내부 코일에 자기장 형태의 자기 에너지를 축적하게 됩니다 이후 인덕터에 저장된 자기 에너지는 자체 유도 작용에 의해 역방향의 전류를 유도하며 축전기를 반대 극성으로 다시 충전시키고 이 에너지가 전극판 사이로 돌아가며 전자기 에너지의 상호 전환이 주기적으로 되풀이됩니다. 이때 저항이 전혀 없어 열이나 전자기파로 방출되는 에너지 손실이 존재하지 않으므로 전압과 전류는 감소하지 않는 일정한 진폭을 유지하며 시각에 따라 조화 진동형태의 영구적인 전자기 진동을 이어갑니다. 이러한 고유 진동의 주파수는 회로의 소자값에 의해 결정되는 고유 진동수로 정의되며 외부 에너지 공급 없이도 회로 고유의 전기적 특성에 의해서만 규칙적인 정현파 진동을 형성하는 핵심 원리로 작용합니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
LC 회로에서는 전기 에너지랑 자기 에너지가 서로 위치를 바꾸면서 진동합니다. 왜냐하면은 충전기가 방전되면서 코일에 자기장을 만들고 이 자기장이 다시 축전기로 반대로 충전시키기 때문이죠. 이때 저항이 없어서 에너지 손실 없이도 진동이 계속되기도 합니다.
이 진동의 속도는 코일과 축전기의 크기가 결정을 합니다. 왜냐하면은 두 부품이 에너지를 모으고 방출하는 타이밍을 정해 주기 때문이죠. 그러니까 이 주기적인 전기 진동 원리는 라디오 주파수를 잡는 안테나 회로의 핵심이 되기도 합니다.