電磁에너지변환공학

1장 전자(電磁)에너지 변환과정2장 에너지변환이론과 전기기기3장 전기와 기계적 관계

1장 전자(電磁)에너지변환과정

제 1 장 강의내용

1.1 에너지변환

1.2 에너지와 정보

1.3 에너지 변환현상의 예

1.4 정전기력에 의한 에너지변환

1.5 압전효과에 의한 에너지변환

1.6 전자력에 의한 에너지변환

1.7 자성재료의 이용

1.1 에너지변환

화학에너지(chemical energy)

1. 연료(fuels)2. 폭발물(explosives)3. 전해물질(electrolytes)

기계에너지(Mechanical energy)

1. 위치에너지(potential energy)2. 운동에너지(kinetic energy)3. 진동(mechanical vibration)4. 기계적파동(wave motion)

전자에너지(Electromagnetic energy)

1. 자계에너지(magnetic field energy)2. 전계에너지(electric field energy)3. 전자진동(electromagnetic vibration)4. 전자파동(electromagnetic wave)

핵에너지(Nuclear energy)

1. 방사능물질(radioactive materials)2. 분해물질(fissionable materials)3. 융합물질(fussionable materials)

열에너지(Thermal energy)

1. 가열물질(heated mass)2. 상태에너지(energy of state)

1.2 에너지와 정보

에너지변환작용

에너지변환작용 : 발전기 → 기계에너지를 전기에너지로 변환전동기 → 전기에너지를 기계에너지로 변환

에너지를 정보로 활용 → 에너지의 변동에 의해서 발생되는 변화를정보로 이용

전기에너지 기계에너지

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.1 대전된 두 물체 사이에 작용하는 힘

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.1 대전된 두 물체 사이에 작용하는 힘

서로 다른 이종의 전기로 대전된 물체가 서로 끌어당기게 되면 그 간격이 좁아지면서 기계적인 힘이 생성된다. 두 물체에 기계적 외력을 가해서 양쪽으로 끌어당기면 이때 기계적 에너지는전기에너지 형태로 변환된다.

그림 1.1 대전된 두 물체 사이에 작용하는 힘

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

a. 평형도체에 작용하는 힘

그림 1.2 전류에 의해서 작용하는 힘

전류방향이 다르기 때문에 반발한다

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

F/l = μoI1I2 / (2πd)

전류방향이 같으면 서로 당긴다

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

b. 두 개의 전류코일에 작용하는 힘과 토오크

코일 한 개에 의한 자계 방향(암페어의 법칙)

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

토오크 : 전기에너지를 회전에너지로 변환

b. 두 개의 전류코일에 작용하는 힘과 토오크

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

c. 영구자석에 의한 힘과 토오크

그림 1.3 영구자석에 의한 힘과 토오크

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

d. 도전성 유체에 작용하는 힘

전류가 흐르면 → 유체가 흐름, 유체가 흐르면 → 전류가 흐름

그림 1.4 도전성 유체에 작용하는 힘

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

e. 니켈 봉(자성재료)에 작용하는 자기 왜형력

그림 1.5 니켈 봉의 자기왜형력

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

f. 결정체(수정, 롯셀 염)의 압전현상

그림 1.6 결정체의 압전현상

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

a) 압전정효과 : 외부에서 힘을 가하면 결정체 표면에 전하가 생긴다.

b) 압전역효과 : 외부에서 전계를 인가하면 결정체가 수축, 팽창한다.

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

g. 유도현상에 의한 기전력 발생

그림 1.7 전류변화에 따른 기전력 변화

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

유도현상에 의해서 전기에너지의 이동이 가능하다.

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

변압기 : 유도현상에 의한 에너지변환 기기

1.3 에너지변환 현상의 예

1.3.2 전류에 의해 작용하는 힘

유도현상을 이용한 전력변환시스템