오늘 끝나면
인덕터
- ✓인덕터의 핵심 문제를 한 문장으로 설명한다
- ✓오른쪽 실습에서 인덕터이 어떻게 움직이는지 관찰한다
- ✓다음 강의와 이어지는 한계를 말할 수 있다
실습 미션
전류의 관성 — 자기장에 에너지를 담다 이 문장이 실제로 무슨 뜻인지 실습에서 한 번 손으로 확인한다.
성공 조건
- □실습의 기본값을 먼저 관찰
- □입력값이나 모드를 한 번 이상 바꿔 결과 비교
- □왜 결과가 바뀌었는지 한 문장으로 설명
회로 · 07
인덕터
코일이다. 전류가 변하면 자기장이 변하고, 그 변화가 역기전력을 만들어 변화를 막는다.
그래서 인덕터는 전류의 관성이다. 전류를 천천히 바꾼다.
DC는 통과시키고 AC는 막는다. 커패시터와 정반대다.
인덕터 = 돌돌 감은 코일
인덕터는 그냥 전선을 돌돌 감은 코일이다. 부품이라기엔 너무 단순하다.
전선에 전류가 흐르면 그 둘레에 자기장이 생긴다. 한 가닥일 땐 약하다.
같은 전선을 여러 번 감으면 각 바퀴의 자기장이 겹쳐 한곳에 모인다.
이 “자기장을 모으는 능력”이 인덕턴스 L이다. 단위는 헨리 (H)다.
많이 감을수록, 단면이 넓을수록, 철심을 넣을수록 L이 커진다.
L이 클수록 전류 변화에 더 세게 저항한다.
역기전력, 변화를 막는 힘
인덕터의 전압은 전류가 아니라 전류의 변화 속도에 비례한다.
식으로는 v = L · di/dt다.
전류를 빨리 바꾸려 하면 인덕터가 큰 전압을 만들어 그걸 막는다. 이 막는 전압이 역기전력이다.
렌츠 법칙이다. 유도된 힘은 늘 원인이 된 변화를 거스르는 방향으로 생긴다.
전류가 일정하면 di/dt = 0 이라 인덕터 전압도 0이다. 그냥 전선이다.
전류가 확 바뀌면 di/dt 가 커서 전압이 치솟는다.
그래서 인덕터는 전류를 갑자기 못 바꾸게 막는다.
| 전류 변화 | di/dt | 역기전력 v |
|---|---|---|
| 전류 일정 | di/dt = 0 | 0 V그냥 전선 |
| 전류 천천히 ↑ | di/dt 작음 | 작은 v살짝 막는다 |
| 전류 확 ↑ | di/dt 큼 | 큰 v ↯세게 막는다 |
전류의 관성, 직접 흔들어 보기
스위치를 켜도 전류가 즉시 흐르지 않는다.
전압은 계단처럼 뛰지만 전류는 0에서 V/R 까지 곡선으로 천천히 차오른다.
끄면 또 천천히 빠진다. 전류가 흐르던 관성을 유지하려는 것이다.
차오르는 속도는 시정수 τ = L/R 가 정한다.
L 슬라이더를 키우면 τ 가 커져 더 굼떠진다. 무거운 물체일수록 속도 바꾸기 힘든 것과 같다.
전압(회색)은 계단처럼 뛰는데 전류(파랑)는 곡선으로 뒤따라온다. 이게 전류의 관성이다.
L을 키우면 τ = L/R 가 커져 전류가 더 굼뜨게 오르내린다. 저항 R = 10 Ω 고정.
DC는 통과 · AC는 막는다
인덕터가 전류 변화를 싫어한다는 건, 곧 빠르게 변하는 신호를 막는다는 뜻이다.
DC는 변화가 없다. 한참 지나면 인덕터는 그냥 전선처럼 전류를 다 통과시킨다.
AC는 끊임없이 변한다. 주파수가 높을수록 변화가 빨라 더 세게 막힌다.
이 막는 정도가 유도 리액턴스 X_L = 2πf·L이다.
주파수 f 에 비례해 커진다. 그래서 인덕터는 고주파를 깎아내는 저역통과 역할을 한다.
커패시터는 정반대다. DC를 막고 AC를 통과시킨다. 둘은 거울상이다.
f 가 높을수록 더 막는다. 둘은 거울상이다
에너지는 자기장에 저장된다
인덕터는 에너지를 자기장의 형태로 저장한다. 커패시터가 전기장에 담는 것과 짝을 이룬다.
저장된 에너지는 E = ½·L·i²이다. 전류가 흐를수록 더 많다.
그래서 흐르던 전류를 갑자기 끊으면 그 에너지가 갈 곳을 잃고 큰 역기전력으로 튄다.
스위치를 떼는 순간 스파크가 튀는 게 이 때문이다. di/dt 가 무한대에 가까워 전압이 치솟는다.
그래서 모터나 릴레이 옆엔 그 에너지를 흘려보낼 다이오드를 붙인다.
정리하면 코일이고, 역기전력으로 변화를 막고, 전류의 관성이고, 에너지를 자기장에 담는다. 커패시터의 거울상이다.
Q. 인덕터가 막는 것은? (전압의 갑작스러운 변화 · 전류의 갑작스러운 변화 · DC 전류 · 자기장)
정답은 전류의 갑작스러운 변화다.인덕터 전압은 v = L · di/dt 라서 전류가 급변하면 큰 역기전력으로 그걸 막는다.
DC(변화 없는 전류)는 오히려 통과시키고, 자기장은 막는 대상이 아니라 에너지를 담는 곳이다.
전압의 갑작스러운 변화를 막는 건 인덕터가 아니라 커패시터다.
전류를 갑자기 끊으면 큰 역기전력 스파크가 튄다