헬로티 서재창 기자 | 국내 연구팀이 개발한 3차원 전자소자를 공기 중의 미세 먼지 농도를 정밀하게 측정할 수 있는 사물인터넷 전기회로와 결합하여 환경오염 관측・감시 성능을 성공적으로 구현하였다. 과학기술정보통신부는 김봉훈 교수(숭실대학교) 연구팀이 미국 노스웨스턴 대학교의 존 에이 로저스(John A. Rogers) 교수 연구팀의 김진태 박사, 박윤석 박사, 장호경 연구원과 국제 공동 연구를 통해 새로운 개념의 3차원 전자소자를 개발하여 세계적인 과학 권위지 ‘네이처’ 9월 24일자 표지 논문에 게재되었다고 밝혔다. 숭실대 김봉훈 교수 연구팀은 바람에 의해서 퍼지는 씨앗의 3차원 구조에서 영감을 얻어 이를 모사한 생체모방 기술을 통해서 복잡한 3차원 형태를 갖는 전자소자를 연구 개발하였다. 식물의 씨앗이 바람을 타고 들판에 퍼지는 원리를 이용하여 넓은 지역에 퍼질 수 있는 마이크로(초소형) 사이즈의 3차원 전자소자는 세계 학계에서 최초로 제시되는 개념이다. 자연에 존재하는 다양한 식물들은 바람, 중력, 곤충 등을 사용하여 자신의 씨앗을 넓은 지역에 퍼뜨리는 능력을 발달시키는 방향으로 진화해왔다. 이 중에서 바람을 사용해서 씨앗을 퍼뜨리는 방법은 가장 흔한
[첨단 헬로티] 전기가 실행하는 일의 양을 전력량이라고 하고 단위 시간당 전력량을 전력이라고 한다. 일반적으로 전력을 이해한 다음에 전력량을 생각하는 편이 더 쉽다. 전기회로에서 전기에너지가 발생 또는 소비될 때 그 일의 시간당 비율, 즉 전기가 하는 일의 속도를 전력이라고 하고 초당 1줄(Joule) [J/s]의 전력을 1와트[W]로 표시한다. 전압 V[V], 전류 I[A], 부하저항 R[Ω]일 경우 전력 P[W]는 다음의 식과 같다. 동력 관계에서는 지금도 때?로 마력[HP]이라는 단위를 사용하는데 다음과 같은 과계에 있다(프랑스 마력은 736[W]). 전기의 일량을 전력량이라고 하고 P[W]의 전력이 t[s] 동안 계속되었을 때의 일량은 W = Pt = VIt[J] 또는 [Ws] 이다. 시간을 T 시간[h]라고 하면 식은 다음과 같다. W = VIT[Wh] 도선에 전류가 흐르고 있을 때, 그 안에서 소비되는 에너지(전력량)는 모두 열에너지로 바뀐다. W=VIt=I²Rt[Ws] 위의 관계식을 줄의 법칙(Joule’s law)이라고 한다. 그리고 그 열은 줄열(Joule’s heat)로 불린다. 전력공식 줄열 ※ 본
전기저항 R은 도체의 길이 I에 비례하고 그 단면적 S에 반비례하며 다음과 같은 식으로 표시된다. 여기서 ρ는 그리스문자로 로(ro)라고 읽고(기타 그리스문자는 9장을 참조한다) 저항률을 나타내며 단위 체적당 저항을 표시한다. 전선의 경우 길이 I[m], 단면적 S[mm²]라고 하면 ρ[Ω·mm²/m]가 되고 보통 경동(硬銅)선은 1/55, 연동(軟銅)선은 1/58, 경(硬)알루미늄선은 1/35이다. λ(람다)는 저항률의 역수이고 전도율이라고 한다. 어떤 도체의 전도율 λ와 만국표준 연동(20[℃]에서 1/58[Ω·mm²/m], 비중 8.89)의 전도율 λs와의 비를 %로 표시하여 $전도율이라고 한다. %전도율은 연동선 97~101[%], 경동선 96~98[%], 경알루미늄선 61[%]이다. 일반적으로 저항은 온도에 따라 변화한다. 온도가 상승하기 전의 저항을 Ro, 온도상승 후의 저항을 Rt이라고 하면 다음과 같은 관계식이 성립한다. 여기서 at를 t[℃]에서의 저항온도계수라고 하고 t는 상승온도[℃]이다. 표준 연동의 온도계수는 다
저항이라는 단어의 이미지에 비해 전기저항 R은 아주 부지런한 일꾼이다. 전류가 흐르지 않게 하려는 작용이 열로, 빛으로 나타나 전열기나 전구 등에서 많은 일을 한다. 그리고 저항은 그 값에 따라 도체와 절연체로 구분된다. ① 도체 : 전기저항이 작아 전류가 흐르기 쉬운 것 ② 절연체 : 전기저항이 커서 전류가 거의 흐르지 않는 것 전기저항의 값이 낮은 것은 오른쪽 표에 나타내는 바와 같이 은과 구리이다. 따라서 전선으로는 구리선이 사용된다. 은도 오디오 제품 등에서 흔히 사용된다. 반대로 저항이 큰 자기(磁器)는 애자(?子) 등에 사용된다. 게르마늄이나 실리콘 등과 같이 도체와 절연체의 중간 성질을 가진 것을 반도체라고 하고 여러 가지의 특성을 갖고 있어 트랜지스터나 컴퓨터 등에서 크게 활약한다. 전기회로의 저항을 접속하는 방법에는 직렬접속과 병렬접속이 있고 그 합성저항은 다음과 같다. 이것은 옴의 법칙으로 증명된다. ① 직렬접속 R=R1+R2+R3+… ② 병렬접속 합성저항은 직렬일 경우엔 각 저항의 합과 같고 병렬일 경우엔 각 저항의 역수의 합과 같은 것으로 정의된다. 조금 복잡한 것이 병렬접속인데 R
목차를 보고 “이 페이지는 건너뛰어야지”하는 독자도 있을 것이다. 하지만 옴의 법칙은 전기회로에서 기본 중의 기본이다. 옴의 법칙은 교과서에 「꼬마전구 등의 전기기구에 흐르는 전류는 그 양 끝에 가해진 전압에 비례한다. 이것을 옴의 법칙이라고 한다」고 적혀있다. 그러면 옴의 법칙으로 들어가서 전류를 I, 전압을 E, 비례정수를 K라고 하면 다음과 같이 표시된다. I = K × E 여기서 비례정수 K는 전류가 흐르기 어려움을 나타낸다. 따라서 위의 식을 변형해서 이라고 하면 다음의 식과 같다. E = RI R은 전류가 흐르기 어려움을 나타낸다는 점에서 R을 전기저항이라고 부르고 그 단위를 Ω(옴)으로 표시한다. 전류와 저항의 관계는 조건에 따라 다음과 같은 표현법을 사용할 수 있으므로 회로를 계산하는 목적에 맞게 구분해서 사용하면 편리하다. ① 전류계산 : 전압이 일정하면 전류는 저항에 반비례한다. ② 전압계산 : 전류가 일정하면 전압은 저항에 비례한다. 여기서 ①은 전지를 연결했을 때의 전류값 계산이다. ②는 전류를 흘렸을 때 저항의 양 끝에 나타나는 전압을 계산하는 내용인
[첨단 헬로티] 전류에 대해 여러 가지를 조사하다 보면 전기회로에 관한 이야기에서 멀어지기 마련이다. 만일을 위해 여기서 전류에 대해 재확인해 두자. 전류를 설명하려면 전하를 설명해야 하고 전하를 설명하려면 원자를 설명해야 한다. 원자에는 원자핵과 그 주위를 도는 전자가 있다(이와 같은 학문을 전기물리 또는 전자기학이라고 한다.) 원자핵(정확하게 말하면 원자핵은 양자와 중성자로 이루어지고 전하를 가진 것은 그 중의 양자이다)과 전자가 전기의 원소인 전하량을 갖고 있다. 1개의 전자가 갖는 전하량은 음극의 전하 -1.602X10×-19[C](쿨롱)이다. 그리고 1개의 양자는 전자와 부호가 반대이고 같은 크기의 양극 전하를 갖고 있다. 통상적으로 양자와 전자의 전기량은 같은 수로 균형을 이루어 전기적으로는 중성이나 외부 에너지에 의해 전자가 떨어지기도 하고 붙기도 한다. 그렇게 되면 이 원자는 ‘+’ 또는 ‘-’의 전하를 가진 것처럼 보인다. 그리고 전하의 이동을 가리켜 ‘전류가 흐른다’고 말한다. 실제로 전하 이동에는 여러 가지의 종류가 있다. 그것은 금속 중에서는 전도전자, 브라운관에
회로 상식은 전기회로를 설명하는 시리즈 기사다. 앞으로 월별로 전기회로 기사가 시리즈로 나오면서 여러 가지 단어가 소개될 예정이다. 기사를 읽는 도중 모르는 용어가 느닷없이 튀어나오면 골치가 아프기 마련이다. 이번 6월호에는 이러한 사태를 막고자 먼저 용어를 설명하고자 한다. 용어를 살피다 보면 새로운 말이나 의미를 발견할 수도 있다. ■ 접지(Earth) : 전기회로나 기기의 일부를 도선으로 연결하여 대지에 접속하는 것을 말한다. 일명 어스라고도 하며, 감전방지와 설비보안을 목적으로 한다. ■ 이온(Ion) : 전기를 띤 원자를 말한다. 본래 원자는 전기적으로 중성이지만 전자(電子)의 증감에 따라 +전기(양이온), -전기(음이온)를 띤다. ■ 가공선(架空線, Aerial wire) : 전봇대 등에 시설된 전선을 말한다. 그리고 가선(架線)이란 전선을 시설하는 것을 말한다. ■ 기전(起電力, Electromotive force) : 전위차를 일으켜 연속해서 전류가 흐르게 하는 힘을 말한다. ■ 코일(Coil) : 도선을 통이나 나선 모양으로 감은 것으로 솔레노이드 코일이라고도 한다. ■ 교류(交
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