자기장(Magnetic Fields)과 인덕턴스(Inductance)

전자가 도체를 통과할 때마다 자기장이 도체 주위에서 발생합니다. 이 효과를 전자기학이라고 합니다. 자기장은 원자의 전자 정렬에 영향을 미치고, 전기장이 전하를 띤 입자 사이에 힘을 발생시키는 것처럼 공간을 가로질러 원자 사이에 물리적인 힘을 발생시킬 수 있습니다. 전기장처럼, 자기장은 완전히 빈 공간을 차지할 수 있고, 멀리 있는 물질에 영향을 미칠 수 있습니다.

필드에는 필드 힘과 필드 플럭스의 두 가지 측도가 있습니다. 필드 힘은 필드가 특정 거리에 걸쳐 발휘하는 "밀기"의 양입니다. 필드 플럭스는 공간을 통한 필드의 총량 또는 효과입니다. 자기장 힘과 플럭스는 각각 도체를 통과하는 전압("밀기") 및 전류(흐름)와 대략 유사하지만, 자기장 플럭스는 완전히 빈 공간(전자와 같은 입자의 움직임 없이)에 존재할 수 있는 반면 전류는 이동할 자유 전자가 있는 곳에서만 발생할 수 있습니다.

 

전자의 흐름이 저항에 의해 반대될 수 있는 것처럼, 장속은 공간에서 반대될 수 있습니다. 우주에서 발전할 자기장 플럭스의 양은 가해진 자기장 힘의 양에 비례하며 플럭스에 대한 반대의 양으로 나뉩니다. 도체의 유형이 전류에 대한 도체의 특정 저항을 지시하는 것처럼, 자기장 힘이 인가되는 공간을 점유하는 물질의 유형은 자기장 플럭스에 대한 특정 반대를 지시합니다.

두 도체 사이의 전기장 플럭스는 이러한 도체 내에 자유 전자 전하의 축적을 허용하는 반면, 자기장 플럭스는 자기장을 생성하는 도체를 통해 전자의 흐름에 특정 "관성"이 축적되도록 허용합니다.

인덕터는 전도성 와이어의 길이를 코일 형태로 형성하여 이러한 현상을 활용하도록 설계된 구성 요소입니다. 이 모양은 직선 와이어에 의해 생성되는 것보다 더 강한 자기장을 생성합니다. 일부 인덕터는 자체 지지 코일에 와이어가 감겨 형성됩니다. 다른 것들은 철사를 어떤 유형의 단단한 코어 물질 주위에 감습니다. 때때로 인덕터의 코어는 직선이고, 다른 경우에는 자속을 완전히 포함하기 위해 루프(사각형, 직사각형 또는 원형)로 결합됩니다. 이러한 설계 옵션은 모두 인덕터의 성능 및 특성에 영향을 미칩니다.

커패시터와 같은 인덕터의 도식 기호는 코일 와이어를 나타내는 코일 기호에 불과하기 때문에 매우 간단합니다. 단순한 코일 모양이 모든 인덕터의 일반적인 기호이지만 코어가 있는 인덕터는 코일 축에 평행선이 추가되어 구별되기도 합니다. 최신 버전의 인덕터 기호는 코일 모양과 함께 여러 개의 "험프"를 연속적으로 사용합니다.

 

전류가 코일 주위에 집중된 자기장을 생성하므로 이 자기장 플럭스는 코일을 통과하는 전자의 운동 운동을 나타내는 에너지 저장과 같습니다. 코일에 전류가 많을수록 자기장이 강해지고 인덕터에 더 많은 에너지가 저장됩니다.

 

인덕터는 움직이는 전자의 운동 에너지를 자기장의 형태로 저장하기 때문에 회로의 저항기(단순히 열의 형태로 에너지를 방출함)와는 상당히 다르게 작동합니다. 인덕터의 에너지 저장은 인덕터를 통과하는 전류의 양의 함수입니다. 전류의 함수로서 에너지를 저장하는 인덕터의 능력은 전류를 일정한 수준으로 유지하려는 경향을 초래합니다. 즉, 인덕터는 전류 변화에 저항하는 경향이 있습니다. 인덕터를 통과하는 전류가 증가하거나 감소하면 인덕터는 변화와 반대 극성으로 리드 사이에 전압을 생성하여 변화에 "저항"합니다.

인덕터에 더 많은 에너지를 저장하려면 인덕터를 통과하는 전류를 늘려야 합니다. 이는 자기장의 강도가 증가해야 하며 자기장 강도의 변화가 전자기 자기 유도 원리에 따라 해당 전압을 생성한다는 것을 의미합니다. 반대로 인덕터에서 에너지를 방출하려면 인덕터를 통과하는 전류를 줄여야 합니다. 이는 인덕터의 자기장 강도가 감소해야 하며, 자기장 강도의 변화는 반대 극성의 전압 강하를 자체적으로 유도한다는 것을 의미합니다.

아이작 뉴턴의 첫 번째 운동 법칙("움직이는 물체는 움직임을 유지하는 경향이 있다; 정지하는 물체는 정지하는 경향이 있다")이 속도의 변화에 반대하는 질량의 경향을 설명한 것처럼, 우리는 전류의 변화에 반대하는 인덕터의 경향을 "인덕터를 통해 이동하는 전자는 움직임을 유지하는 경향이 있고, 인덕터에 있는 전자는 정지 상태를 유지하는 경향이 있습니다."라고 말할 수 있습니다 가정할 때, 단락된 상태의 인덕터는 외부의 도움 없이 일정한 전류 속도를 유지합니다.

그러나 실질적으로 말하자면, 인덕터가 전류를 자체적으로 유지하는 능력은 초전도 와이어로만 실현됩니다. 일반 인덕터의 와이어 저항은 외부 전원 없이 전류가 매우 빠르게 감쇠하기에 충분하기 때문입니다.

 

인덕터를 통과하는 전류가 증가하면, 인덕터는 전자 흐름의 방향과 반대되는 전압을 떨어뜨려 전력 부하로 작용합니다. 이 상태에서 인덕터는 충전 중이라고 합니다. 왜냐하면 자기장에 저장되는 에너지의 양이 증가하기 때문입니다. 전류 방향과 관련된 전압의 극성을 기록합니다.

반대로, 인덕터를 통과하는 전류가 감소하면, 인덕터는 전자 흐름의 방향을 보조하는 전압을 떨어뜨려 전원으로 작용합니다. 이 상태에서 인덕터는 방전된다고 합니다. 왜냐하면 인덕터의 에너지 저장량이 자기장에서 회로의 나머지 부분으로 에너지를 방출하면서 감소하기 때문입니다. 전류 방향과 관련된 전압의 극성을 기록합니다.

 

무자성 인덕터에 갑자기 전력 소스가 인가되면 인덕터는 소스의 전체 전압을 떨어뜨려 전자 흐름에 저항합니다. 전류가 증가하기 시작하면 소스로부터 에너지를 흡수하는 더욱 강력한 자기장이 생성됩니다. 결국 전류가 최대 레벨에 도달하고 증가를 멈춥니다. 이 시점에서 인덕터는 소스로부터의 에너지 흡수를 중지하고 전류가 최대 수준으로 유지되는 동안 리드에서 최소 전압을 강하합니다.

 

인덕터가 더 많은 에너지를 저장하면 전류 레벨은 증가하는 반면 전압 강하는 감소합니다. 이는 에너지 저장으로 인해 구성 요소 전체에서 전압이 증가하는 캐패시터 동작과는 정반대입니다! 커패시터는 정적 전압을 유지하여 에너지 전하를 저장하는 반면, 인덕터는 코일을 통해 일정한 전류를 유지하여 에너지 "전하"를 유지합니다.

와이어가 감겨 있는 물질의 유형은 코일을 통과하는 주어진 양의 전류에 대해 생성되는 자기장 플럭스의 강도(따라서 저장된 에너지의 양)에 큰 영향을 미칩니다. 강자성 물질(예: 연철)로 만들어진 코일 코어는 알루미늄이나 공기와 같은 비자성 물질보다 주어진 자기장 힘으로 더 강한 자기장 플럭스가 발생하도록 유도합니다.

주어진 양의 전류 흐름에 대한 에너지를 저장하는 인덕터의 능력을 측정하는 것을 인덕턴스라고 합니다. 놀랄 것도 없이 인덕턴스는 전류 변화에 대한 저항 강도의 측정값이기도 합니다(주어진 전류 변화 속도에 대해 정확히 얼마나 많은 자체 유도 전압이 생성되는지). 인덕턴스는 기호적으로 대문자 "L"로 표시되며 "H"로 축약된 헨리의 단위로 측정됩니다

인덕터의 오래된 이름은 초크입니다. 따라서 무선 회로에서 고주파 AC 신호를 차단("초크")하기 위해 일반적으로 사용됩니다. 오늘날에도 여전히 사용되는 인덕터의 또 다른 이름은 원자로이며, 특히 대규모 전력 애플리케이션에서 사용될 때 그렇습니다. 교류(AC) 회로 이론, 특히 유도 리액턴스로 알려진 원리를 공부한 후에는 이 두 가지 이름이 모두 더 의미가 있습니다.

   - 인덕터는 전류의 변화에 저항하기 위해 필요한 극성으로 전압을 떨어뜨려 반응합니다.
   - 인덕터가 증가하는 전류에 직면하면 부하로 작용합니다. 즉, 인덕터가 에너지를 흡수할 때 전압이 떨어집니다(저항기    와 같이 전류 입력 측에서는 음, 전류 출구 측에서는 양).
   - 인덕터는 감소하는 전류에 직면하면 소스 역할을 합니다. 즉, 저장된 에너지를 방출할 때 전압을 생성합니다.

   (전류 입력 측에서는 양극, 배터리와 같은 전류 출구 측에서는 음극).
   - 인덕터가 자기장의 형태로 에너지를 저장하는 능력(그리고 결과적으로 전류의 변화에 대항하는 능력)을 인덕턴스라고    합니다. Henry(H) 단위로 측정됩니다.
   - 인덕터는 흔히 초크라는 다른 용어로 알려져 있었습니다.

  대규모 전력 애플리케이션에서는 원자로라고 부르기도 합니다.