●학습 및 과제물 수행방법●

□ 과목 : ICT기초실습

□ 담당교수 : 고 남규

□ 수행해당 일교시(시간) : 2020년 3월 16일 1,2,3교시

□ 수행방법 :

게시한 학습내용을 충분히 습득하고 과제물을 수행하여 E-Mail로 제출하기     바랍니다.

과제물을 제출한 학생은 출석으로 인정합니다.

□ 제출제한 : 2020년 3월 16일~ 3월 18일

□ 제출 E-Mail : kng8686@hanmail.net

01.	직류 회로

단/원/정/리  전자와 전하 그리고 전류를 정의하고 전기 분야에서 사용되고 있는 단위를 정리한다. 기본 전기 회로를 이해하기위한 옴의 법칙과 저항의 접속 그리고 키르히호프의 법칙, 고유 저항, 발열 작용과 줄의 법칙 그리고 전력량과 전력에 대해 알아본다.

학습1	전하와 전류 구하기

학습목표	1. 물질의 구조에 대해 알아본다. 2. 4색 띠 저항과 5색 띠 저항 값을 구하는 방법을 학습한다.

모든 물질은 매우 작은 분자 또는 원자의 집합으로 되어 있고, 원자는 양전기를 가진 원자핵(atomic nucleus)과 그 주위를 돌고 있는 음전기를 가지고 있는 전자(electron)들로 구성되어 있다. 그림1-1은 원자의 구조 모형을 보인 것이다.

그림1-1 원자의 구조

원자핵(atomic nucleus)   원자핵은 양(+)전기를 가진 양성자(proton)와 전기를 가지지 않은(0) 중성자(neutron)가 강한 핵력으로 결합되어 있다. 원자핵의 질량은 전자 보다 무거워 원자의 중심이 된다. 정상 상태에서 원자를 이루고 있는 양성자의 수는 전자의 수와 동일하다. 양성자 1개가 갖는 전기량은 전자 1개가 가지는 전기량과 크기는 같고 극성은 반대이다.

1편. 직류 회로

전자(electron)   전자는 음전기를 가진 입자이며 원자의 종류에 따라 1개에서 수십 개의 전자가 있다. 예를 들어 수소원자는 1개, 헬륨 원자는 2개, 리튬 원자는 3개, 벨륨 원자는 4개의 전자를 가지고 있다. 이 전자는 원자핵 주위의 정해진 궤도 위를 운행하고 있다. 전자가 돌고 있는 길을 궤도라 하고, 2, 4, 8 등의 배열을 갖는다. 즉 n번째 전자각(궤도)에 들어갈 수 있는, 전자 수는 2n2개로, K각 2개, L각 8개, M각 18개를 채우고 나머지 1개가 N각에 들어가게 된다.

1편. 직류 회로

○ 양성자는 전기량이 [eqn: 1.60219 TIMES 10 ^{-19}][C]인 양전기를 가지고 있다. 전자는 전기량이 [eqn: -1.60219 TIMES 10 ^{-19}][C]인 음전기를 가지고 있어 원자는 전기적으로 중성을 띤다.

자유 전자(free electron)   원자핵 주위를 돌고 있는 전자 중에서 가장 바깥쪽을 돌고 있는 최외각 전자는 원자핵과의 결합력이 약하다. 이들 전자는 외부로부터 에너지가 가해지면 이 에너지를 흡수하여 원자핵의 구속으로부터 쉽게 이탈하여 자유로이 움직일 수 있는 자유 전자가 된다.

1편. 직류 회로

에너지대(energy band))   가장 바깥쪽 궤도 즉, 최외각궤도의 전자는 약한 핵력으로 인해 탈출이 쉬워지는데, 최외각 궤도의 전자 에너지를 가전자대(valence band), 이탈된 자유전자의 에너지를 전기를 전도하는 전도대(conduction band) 그리고 이들 에너지대 사이를 금지대(forbidden band)라고 한다. 구리, 알루미늄 그리고 은 등과 같은 도체는 자유전자가 풍부한 상태의 금속으로 거의 금지대가 없으며, 즉 에너지 갭은 0[eV]이고 실리콘, 게르마늄과 같은 반도체는 금지대의 폭이 작아서 전자의 이동이 쉽게 일어난다. 반도체 실리콘의 에너지 갭은 약 1.1[eV]이고, 게르마늄의 에너지 갭은 약 0.67[eV]이다. 여기서 1[eV]는 1.610[J]이다. 유리, 플라스틱 그리고 고무 등과 같은 부도체(절연체)는 자유전자의 발생이 어려운 물질로서 에너지 갭은 약 5[eV]이하이다.

1편. 직류 회로

1. 전하와 전류

어떤 물질이 전자의 과부족으로 전기를 띠는 것을 대전(electrification)이라고 한다. 자유 전자가 이탈하여 다른 원자로 이동하면 전자를 잃은 원자는 전기적 균형이 깨져 양(+)으로, 전자가 많아진 원자는 음(-)의 전기적 성질을 띤다.

전하(electric charge)   전자가 마찰을 통하여 에너지가 증가하면, 금지대를 벗어나 자유 전자가 되고 자유 전자는 원자 사이를 이동하게 된다. 이렇게 대전에 의하여 물체에 생긴 전기를 전하라고 한다. 전하의 극성에는 양(+), 음(-)의 두 종류가 있다.

그림1-2 전하

전하량   전하량의 단위는 쿨롬(coulomb, [C])을 사용하며 전하로 존재할 수 있는 최소의 양은 물질을 구성하는 원자 내의 전자 또는 양성자 1개가 가지는 전기량으로 1.6021910[C]의 값을 가진다. 원자 내의 양성자, 중성자 및 전자의 전하량과 질량은 다음 표1-1과 같다. 원자의 중심을 이루는 원자핵은 상대적으로 전자보다 훨씬 무겁다. 전자와 양성자의 전기량은 동일하다.

표1-1  양성자, 중성자, 전자의 전하량 및 질량

입 자	전하량	질량
양성자	[eqn: +1.60219 TIMES 10 ^{-19}] [C]	[eqn: 1.672161 TIMES 10 ^{-27}] [kg]
중성자	0[C]	[eqn: 1.67491 TIMES 10 ^{-27}] [kg]
전 자	[eqn: -1.60219 TIMES 10 ^{-19}] [C]	[eqn: 9.10956 TIMES 10 ^{-31}] [kg]

전류(electric current)    전류의 크기는 어떤 도체의 단면을 1초간에 통과하는 전하량으로 나타낸다. 만일 [eqn: t]초 동안 Q[C]의 전하가 이동했다면 이때의 전류의 크기 [eqn: I][A]는 다음 식으로 나타낸다.

[eqn: I```= {Q} over {t}][A]

2. 전기 분야에서 사용되는 단위계

전기 분야에서는 단위계로 MKS 단위계를 사용한다. MKS 단위계란 모든 단위의 기본이 되는 길이를 미터(meter, m), 질량을 킬로그램(kilogram, kg), 시간을 초(second, s) 단위로 측정하며 이 단위계는 국제 표준(SI) 단위계로 널리 사용된다.

표1-2  MKS단위계의 기본 단위(1)

물리량	MKS 단위계	단 위
길 이	미터(meter)	[m]
질 량	킬로그램(kilogram)	[kg]
시 간	초(second)	[s]
힘	뉴턴(newton)	[N]
전 하	쿨롬(coulomb)	[C]
전 류	암페어(ampere)	[A]
전 위	볼트(volt)	[V]
전기장	볼트/미터(volt/m)	[V/m]

표1-3  MKS단위계의 기본 단위(2)

물리량	MKS 단위계	단 위
용 량	패럿(farad)	[F]
출 력	와트(watt)	[W]
에너지	줄(joule)	[J]
저 항	옴(ohm)	[[eqn: OMEGA]]
자 속	웨버(weber)	[Wb]
자속밀도	웨버/미터[eqn: {} ^{2}]	[Wb/m[eqn: {} ^{2}]]
인덕턴스	헨리(henry)	[H]
온 도	켈빈 온도(kelvin)	[K]

인덕턴스의 용량은 헨리(henry, H), 자속은 웨버(weber, Wb), 전압은 볼트(volt, V), 전류는 암페어(ampere, A), 힘은 뉴턴(newton, N)을 각각 사용한다. 전자 부품에 사용되는 저항은 킬로 옴[kΩ], 콘덴서의 정전 용량은 마이크로 패럿[μF], 질량은 킬로그램[kg]을 사용한다.

과     제  1

1. 다음 표안의 빈칸에 알맞은 내용을 써넣으시오.

MKS단위계의 기본 단위(1)

물리량	MKS 단위계	단 위
길 이	미터(meter)
질 량	킬로그램(kilogram)	[kg]
시 간		[s]
힘	뉴턴(newton)	[N]
전 하	쿨롬(coulomb)
전 류	암페어(ampere)
전 위		[V]
전기장	볼트/미터(volt/m)	[V/m]

2. 다음 표안의 빈칸에 알맞은 내용을 써넣으시오.

물리량	MKS 단위계	단 위
용 량	패럿(farad)	[F]
출 력		[W]
에너지	줄(joule)	[J]
저 항	옴(ohm)
자 속	웨버(weber)	[Wb]
자속밀도		[Wb/m[eqn: {} ^{2}]]
인덕턴스	헨리(henry)	[H]
온 도		[K]

MKS단위계의 기본 단위(2)

3. 다음의 설명은 무엇을 설명하는 것인가?

“이것의 크기는 어떤 도체의 단면을 1초간에 통과하는 전하량으로 나타낸다. 만일 [eqn: t]초 동안     Q[C]의 전하가 이동했다면 이때의 크기 [eqn: I][A]는 다음 식으로 나타낸다.”