변항저항: 재료, 구조 및 응용
변저기는 가변 저항의 한 종류로, 전기 회로에서 전류 또는 전압을 조정할 수 있는 장치입니다. 전기 회로에서 변저기는 주로 전동기 속도, 조명 밝기, 전기 오븐 온도 등의 제어를 위해 사용됩니다. 또한 변저기는 알려진 전압과 균형을 맞추어 알 수 없는 전압이나 전위 차를 측정하는 데에도 사용됩니다.
변저기는 무엇인가?
변저기는 저항성 요소를 따라 접점 위치를 변경하여 전기 회로의 저항을 변화시키는 장치로 정의됩니다.
저항성 요소는 금속 선, 탄소 막대, 또는 액체 용액일 수 있습니다. 접점은 슬라이딩 터미널, 회전 노브, 또는 와이퍼 암일 수 있습니다.
변저기의 저항은 저항성 요소의 길이와 단면적, 그리고 재료에 따라 달라집니다. 저항은 다음과 같은 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:
여기서 R은 저항, ρ는 재료의 저항률, l은 저항성 요소의 길이, A는 단면적입니다.
변저기를 통해 흐르는 전류는 접점을 저항성 요소의 한쪽 끝에 가깝게 또는 멀리 이동시켜 조절할 수 있습니다. 접점이 한쪽 끝에 더 가까울수록 저항이 낮아지고 전류가 높아집니다. 접점이 한쪽 끝에서 더 멀어질수록 저항이 높아지고 전류가 낮아집니다.
변저기는 어떻게 구성되나?
변저기는 그 응용 및 사양에 따라 다양한 방법으로 구성될 수 있습니다. 일부 일반적인 변저기 유형은 다음과 같습니다:
와이어와운드 변저기: 이러한 변저기는 고저항성 재료의 긴 선을 세라믹 또는 플라스틱과 같은 절연 코어 주위에 감아 만듭니다.
선은 나선형 또는 나선형 형태로 감을 수 있습니다. 슬라이딩 터미널 또는 회전 노브를 통해 선을 따라 이동하여 저항을 변경할 수 있습니다. 와이어와운드 변저기는 고전류와 저전압에 적합합니다.
탄소 변저기: 이러한 변저기는 탄소 막대 또는 판을 저항성 요소로 사용합니다. 와이퍼 암을 통해 탄소 표면을 따라 이동하여 저항을 변경할 수 있습니다. 탄소 변저기는 저전류와 고전압에 적합합니다.
액체 변저기: 이러한 변저기는 소금물 또는 산과 같은 도전성 액체 용액을 저항성 요소로 사용합니다. 두 개의 전극이 액체에 잠겨 전력원과 부하에 연결됩니다. 전극 간 거리를 변경하여 저항을 조절할 수 있습니다. 액체 변저기는 매우 고전류와 저전압에 적합합니다.
변저기에 어떤 재료가 사용되나?
변저기에 사용되는 재료는 높은 저항률, 높은 작업 온도, 높은 부식 저항, 적절한 기계적 강도, 적절한 연성, 그리고 낮은 비용을 가져야 합니다. 일부 일반적인 변저기 재료는 다음과 같습니다:
백금: 백금은 매우 높은 저항률과 융점이 있는 귀금속입니다. 또한 산화에 대한 저항성이 높고, 연성이 높으며, 가공성이 좋고, 기계적 강도가 좋으며, 온도와 기계적 스트레스에 대한 안정성이 좋습니다. 그러나 백금은 매우 비싸고 희귀하므로, 전기 공학에서는 실험실 가마, 저항 온도계, 그리고 일부 변저기에 제한적으로 사용됩니다.
콘스탄탄: 콘스탄탄은 구리-니켈 합금으로, 넓은 온도 범위에서 저항률이 일정하게 유지되는 낮은 온도 계수를 가지고 있습니다. 또한 산화에 대한 저항성이 높고, 기계적 강도가 좋으며, 온도와 기계적 스트레스에 대한 안정성이 좋습니다. 콘스탄탄은 셔트 저항기, 시리즈 저항기, 스탠다드 저항기, 그리고 변저기 등에 널리 사용됩니다.
니크롬: 니크롬은 니켈-크롬 합금으로, 높은 저항률과 융점을 가지고 있습니다. 또한 산화와 부식에 대한 저항성이 높고, 기계적 강도가 좋으며, 연성이 좋습니다. 니크롬은 가열 요소와 와이어와운드 변저기에 널리 사용됩니다.
변저기의 일부 응용 분야는 무엇인가?
변저기는 공학 및 과학의 다양한 분야에서 많은 응용 분야가 있습니다. 몇 가지 예는 다음과 같습니다:
전력 제어: 변저기는 전동기, 조명, 오븐, 가마 등의 출력 전력을 제어하는 데 사용될 수 있습니다. 변저기의 저항을 변화시키면 해당 장치에 공급되는 전압이나 전류를 조정할 수 있습니다.
전압 분배기: 변저기는 서로 직렬로 연결하여 전압 소스를 작은 부분으로 나눌 수 있습니다. 전압 분배기 회로에서 하나 이상의 변저기의 저항을 변화시키면 다양한 출력 전압을 얻을 수 있습니다.
포텐티오미터: 변저기는 알려진 전압과 균형을 맞추어 알 수 없는 전압이나 전위 차를 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 포텐티오미터는 저항성 요소의 고정된 끝에 하나, 변수 접점에 하나, 외부 회로에 하나 연결된 세 개의 터미널을 가진 변저기의 한 유형입니다. 접점의 위치를 조정하여 전류가 흐르지 않을 때 (즉, 두 전압이 같을 때) 알 수 없는 전압을 결정할 수 있습니다.
스트레인 게이지: 변저기는 물질의 변형(즉, 변형)을 측정하기 위해 스트레스(즉, 힘)를 받았을 때 저항을 변화시키는 데 사용될 수 있습니다. 스트레인 게이지는 스트레스를 받는 물체에 부착된 얇은 금속 호일의 반대쪽 끝에 두 개의 터미널이 연결된 변저기의 한 유형입니다. 물체가 스트레스로 인해 변형되면 호일도 변형되며, 이로 인해 길이와 단면적이 (따라서 저항) 변화합니다. 위트스톤 다리와 같은 전기 회로를 사용하여 저항 변화를 측정하면 변형을 계산할 수 있습니다.
