전기의 본질과 전기의 개념

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필드: 기본 전기학

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전기는 가장 일반적인 형태의 에너지입니다. 전기는 조명, 교통, 요리, 통신, 공장에서의 다양한 상품 생산 등 다양한 용도로 사용됩니다. 우리 중 아무도 정확히 전기가 무엇인지 알지 못합니다. 전기의 개념과 그 뒤에 있는 이론은 그것의 다양한 행동을 관찰함으로써 발전시킬 수 있습니다. 전기의 특성을 관찰하기 위해서는 물질의 구조를 연구하는 것이 필요합니다. 이 우주에 있는 모든 물질은 분자라고 알려진 매우 작은 입자들로 구성되어 있습니다. 분자는 그 물질의 모든 특성이 포함된 가장 작은 입자입니다. 분자는 더 작은 입자인 원자들로 이루어져 있습니다. 원자는 존재할 수 있는 원소의 가장 작은 입자입니다.

물질은 두 가지 유형이 있습니다. 분자가 유사한 원자들로 이루어진 물질은 원소라고 합니다. 분자가 서로 다른 원자들로 구성된 물질은 화합물이라고 합니다. 전기의 개념은 물질의 원자 구조에서 얻을 수 있습니다.

원자의 구조

원자는 하나의 중심 핵으로 구성됩니다. 핵은 양전하를 가진 양성자와 전하가 없는 중성자로 이루어져 있습니다. 이 핵은 여러 개의 궤도 전자들로 둘러싸여 있습니다. 각 전자는 -1.602 × 10– 19 쿨롱의 음전하를 가지고 있으며, 핵 속의 각 양성자는 +1.602 × 10 – 19 쿨롱의 양전하를 가지고 있습니다. 반대되는 전하 때문에 핵과 궤도 전자 사이에 어떤 인력이 작용합니다. 전자는 핵의 질량과 비교해 매우 무시할 만한 질량을 가지고 있습니다. 각 양성자와 중성자의 질량은 전자의 질량의 1840배입니다.

각 전자와 각 양성자의 절대값이 같기 때문에, 전기적으로 중성인 원자에서는 전자의 수와 양성자의 수가 같습니다. 원자가 전자를 잃으면 양이온이 되고, 전자를 얻으면 음이온이 됩니다.
전기의 특성

원자는 가장 바깥쪽 궤도에서 느슨하게 결합된 전자를 가질 수 있습니다. 이러한 전자는 부모 원자에서 벗어나기 위해 매우 작은 양의 에너지만 필요로 합니다. 이러한 전자는 자유 전자라고 불리며, 물질 내에서 임의로 움직이고, 한 원자에서 다른 원자로 이동합니다. 전체적으로 전자와 양성자의 수가 불균등한 물질은 전기적으로 충전되었다고 말합니다. 전자의 수가 양성자보다 많으면 물질은 음전하를 가지고 있으며, 양성자의 수가 전자보다 많으면 물질은 양전하를 가지고 있습니다.

전기의 기본 특성은, 음전하를 가진 물체와 양전하를 가진 물체가 전도체를 통해 연결될 때, 음전하를 가진 물체의 초과 전자가 양전하를 가진 물체로 흐르기 시작하여 그 양전하를 가진 물체의 전자 부족을 보완한다는 것입니다.
위의 설명을 통해 전기의 기본 개념을 이해하셨기를 바랍니다. 실온에서 많은 자유 전자를 가진 재료들이 있습니다. 이런 재료의 잘 알려진 예로는 은, 구리, 알루미늄, 아연 등이 있습니다. 이러한 자유 전자의 이동은 전기 전위 차가 재료의 일부에 걸릴 때 쉽게 특정 방향으로 유도될 수 있습니다. 많은 자유 전자를 가지고 있기 때문에 이러한 재료들은 좋은 전기 도전성을 가지고 있습니다. 이러한 재료들은 좋은 도체라고 합니다. 도체에서 한 방향으로 전자의 이동은 전류라고 합니다. 실제로 전자는 낮은 전위(-Ve)에서 높은 전위(+Ve)로 흐르지만, 일반적인 전류의 방향은 높은 전위점에서 낮은 전위점으로 고려되므로, 전류의 일반적인 방향은 전자의 흐름 방향과 반대입니다. 비금속 재료, 예를 들어 유리, 미카, 슬레이트, 도자기에서는 가장 바깥쪽 궤도가 완성되어 있어 가장 바깥쪽 껍질에서 전자를 잃을 가능성이 거의 없습니다. 따라서 이러한 재료에는 거의 자유 전자가 존재하지 않습니다.
따라서, 이러한 재료는 전기를 전도할 수 없으며, 즉 이러한 재료의 전기 도전성은 매우 낮습니다. 이러한 재료는 비도체 또는 전기 절연체라고 합니다. 전기의 특성은, 전위 차가 걸렸을 때 도체를 통해 흐르지만, 절연체를 통해는 흐르지 않는다는 것입니다.