회로이론에서 테브난 등가회로를 구할 때 종속 전원이 포함된 회로의 등가저항을 구하는 구체적인 절차와 주의사항이 궁급합니다.

Question

특히 부하 저항이 연결되지 않은 상태에서 테스트 전원을 인가하는 방식의 논리적인 근거가 궁금하며 변위 전류가 왜 실제 전하의 이동 없이도 자기장을 형성하는지와 그 수학적 도출 과정와 물리적 의미를 쉽게 설명 부탁드려요

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

종속 전원이 든 회로의 등가 저항은 독립전원을 끄고 단자에 테스트 전압을 걸어서 흘러드는 전류로 계산합니다. 이는 외부 회로와 동일한 전기적인 특성을 유지하기 위한 방법이지요. 변위 전류는 전기가 흐르지 않는 공간이라도 전기장의 변화가 자기장을 만들어내는 현상입니다. 또 맥스웰이 전자기학의 논리적인 완전성을 위해 찾아낸 개념이구요. 전하의 직접적 이동없이도 전기장의 파동이 자기장을 유도하여 전자기파가 진공을 전파할수 있게 해주는 원리이기도 하구요. 이 개념은 물리학에서 중요한 내용이고 이해하기가 까다로운게 맞습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

테브낭 등가회로에서 종속전원이 포함되어 있으면 독립전원만 제거하고, 종속전원은 그대로 둔 상태에서 부하가 연결되던 두 단자에 테스트 전원을 걸어 등가저항을 구합니다. 테스트 전압을 걸었을 때 흐르는 전류를 구한 뒤, 전압을 전류로 나누면 등가저항이 됩니다.

부하를 떼고 테스트 전원을 넣는 이유는 간단합니다. 우리가 알고 싶은 것은 부하 자체의 저항이 아니라, 부하 쪽에서 바라봤을 때 원래 회로가 얼마나 전류의 흐름을 방해하는가이기 때문입니다. 종속전원은 회로 내부의 전압이나 전류에 따라 크기가 변하므로 일반 전원처럼 마음대로 제거하면 회로의 특성이 달라집니다. 그래서 테스트 전원을 이용해 회로가 어떻게 반응하는지 직접 확인하는 것입니다.

변위전류는 실제 전자가 공간을 건너 이동하는 전류와는 조금 다릅니다. 대표적으로 콘덴서에서는 두 금속판 사이를 전자가 직접 통과하지 않지만, 충전과 방전 과정에서 두 판 사이의 전기장이 계속 변합니다. 맥스웰은 이렇게 시간에 따라 변하는 전기장도 전류가 흐르는 것과 마찬가지로 자기장을 만든다고 설명했습니다.

쉽게 말하면 전하의 실제 이동만 자기장을 만드는 것이 아니라, 전기장의 변화도 자기장을 만든다는 것입니다. 이 개념을 추가해야 콘덴서처럼 중간에서 실제 전류가 끊어져 보이는 경우에도 전자기 법칙이 모순 없이 성립합니다.

정리하면 종속전원이 있는 테브난 회로는 ‘독립전원 제거 → 종속전원 유지 → 부하 제거 → 테스트 전원 인가 → 전압과 전류의 관계로 등가저항 계산’ 순서로 기억하면 됩니다. 변위전류는 실제 전하가 절연공간을 통과하는 전류라기보다, 시간에 따라 변하는 전기장이 전류와 같은 자기적 효과를 만드는 개념이라고 이해하시면 가장 쉽습니다.

Answer 3

안녕하세요. 이대길 전기기능사입니다.

종속 전원이 있을 때는 독립 전원을 모두 끄고 끝부분에 가짜 전압이나 전류를 걸어준 뒤 옴의 법칙으로 저항을 구해요 변위 전류는 전하가 직접 흐르지 않아도 전기장이 변하면 주변에 자기장이 만들어진다는 맥스웰의 공식에서 나온 개념으로 우주 공간에서도 전자기파가 퍼져나갈 수 있게 해주는 중요한 원리랍니다