[전자공학] 기전력

글의 참고

- https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=wjdendyd100&logNo=100191088689 

기전력의 원리

 

- https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1071440&cid=40942&categoryId=32241

기전력

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글의 전제

- 내가 글을 쓰다가 궁금한 점은 파란색 볼드체로 표현했다. 나도 모르기 때문에 나중에 알아봐야 할 내용이라는 뜻이다.

- 밑줄로 작성된 글은 좀 더 긴 설명이 필요해서 친 것이다. 그러므로, 밑 줄 처친 글이 이해가 안간다면 링크를 따라서 관련 내용을 공부하자.

 

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글의 내용

- 기전력이란

• 기전력을 이해하기 위해서는 아래의 개념들에 대해 알고 있어야 한다.
  • 전자의 방향.
  • 전류의 방향.
• 기전력을 `전위차를 계속 유지하는 힘`이라고 정의한다. 아래 그림을 보자. 전지의 (+)극 에서 나온 전류는 (-)극으로 흐른다. 그런데 시간이 지나면 도선안에 저항들을 만나면서 전하를 소비하게 된다. 언젠가는 전지내의 전하들이 사라지면서 전위차도 사라지게 될 것이다. 전지 양극단의 전위차가 사라지면 전류가 흐르지 않게 된다. 그 때 기전력을 통해서 전하를 (-)에서 (+)로 옮겨준다. 이 기전력의 정체는 뭘까? 너무 단순하다. 그저 전류의 흐름과 반대인 전자의 흐름일 뿐이다. 
• 전류라는 이론이 이미 많은 다른 이론들에 영향을 주었기 때문에, 기전력이라는 엉뚱한 표현을 만들어 낸 것 이다. 실제로 전류라는 것은 존재하지 않는다. 엉뚱하게 전류라는 `(+) -> (-)로 전하의 이동`이라는 개념이 생겨서, 후에 실제로 입증된 전자희 흐름 (-) -> (+)이 마치 전류를 보충해주는 이론이 되어버렸다. 전류는 실제하지 않는다. 전자의 흐름만 존재할 뿐이다. 
• 정리하면 전류라는 이론만으로는 전지안에 지속적인 전하의 공급을 설명할 수가 없으므로, 기전력이라는 표현을 만들어 낸것이다. 그러나 실제는 전류는 존재하지 않고, 인력과 척력을 통한 기전력(전자의 흐름)만 존재할 뿐이다. 

 

출처 - https://home.kepco.co.kr/kepco/front/html/KO/H/A/KOHAHP00103.html

 

 

- 기전력원리

• 전지가 아래와 같이 있다면, 전지의 9V는 전지의 양극 +극과 -극에서의 전위차이다. 전지안에서의 반반응으로 인해 한 쪽은 -극으로 대전되고 한 쪽은 +극으로 대전되었다. 전자는 당연히 대전된 물체에서 -에서 +극으로 움직이지만 전지의 중간에는 '전해질'이 있어서 내부에서 이동하지 못한다. 그리고 인력과 척력의 원리로 -극에서 +극으로 이동하려는 전자의 힘을 기전력이라고 하며 기전력의 크기가 곧 양쪽의 전위차(-극에서 전자를 미는 척력 +극에서 전자를 잡아당기는 인력) 양쪽 극의 차이가 심할 수록 더 밀고 잡아당기는 정도가 심해진다. 그 차이를 전위차라고 하며 그렇게 생성된 전기력이 기전력이며 전자에게 기전력이란 움직이는 에너지를 전지에서 전압을 형성해 공급해준다고 한다.

 

출처 - https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=wjdendyd100&logNo=100191088689

 

 

• 내부에서는 이동이 불가하므로 이 기전력은 전지 밖의 전자들에게 에너지를 준다.

출처 - https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=wjdendyd100&logNo=100191088689

 

• -극에서 -극의 성질이 강할 수록 즉 전지내부에서 -극으로 전자가 많이 존재할 수록 외부 자유전자들을 밀어내는 척력은 강해지고, +극에서 +극의 성질이 강할 수록 즉 전지내부에서 +극으로 전자가 많이 존재할 수록 외부 자유전자들을 잡아당기는 인력이 강해진다. 두 극에서 전자의 차이가 클수록 즉 전위차가 클수록 인력과 척력은 더 크기에 기전력도 크며 즉, 전압이 높다.
• 위 그림처럼 전지에 아무것도 연결치 않으면 주변 자유전자들이 기전력의 영향을 받지만, 길이 사방으로 터있기에 구속받지 않아서 척력을 받은 자유전자들은 그냥 전지에서 멀어지고 하지만 전지의 근처에 강한 인력을 지닌 +대전체가 있다면 오히려 전지 -극의 전자들이 조금씩 밖으로 방출된다. 인력을 받은 자유전자들은 +극에 점차 축척된다. 이렇게 도선을 연결하지 않아도 자연상태에서 -극에서 전지의 전자가 방출되고 +극에서 외부전자들이 모여서 양 극의 전자의 차이는 점점 0에 가까워진다. 즉, 전위차가 0에 가까워지므로 전기력도 점차 사라지며 기전력이 점차 줄어든다. 이것이 바로 전지의 방전이다. 자연상태에서는 도선을 연결했을 때 보다 느리게 작용한다. 전지의 양단에 전압계를 설치해 양단 전압을 측정하면 9V가 측정될 것이다.

 

출처 - https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=wjdendyd100&logNo=100191088689

 

 

- 전압 vs 기전력

• 둘은 같은 단위를 쓰지만 약간의 차이가 있다.
  • 가상 이론 - 전압은 전류의 흐름((+)->(-))과 관련이 있다.
  • 실제 이론 - 기전력은 전자의 흐름((-)->(+))과 관련이 있다.

 

: 결론은 인력과 척력의 원리로 -극에서 +극으로 이동하려는 전자의 힘이 기전력이다. 기전력이 실제 현상이고 실제 이론이다. 전류라는 가상이론 때문에 기전력을 너무 어렵게 생각하지 말자.