변위전류
전위장을 변화시킴으로써 발생하는 장치장을 설명하기위한 전류이다
유전체로 이루어진 공간을 흐르는 전류로, 회로의 일부에 진공이나 유전체 등의 콘덴서가 삽입되는 경우가 나타난다
변위전류
\[i_d=\frac{∂D}{∂t}[A/㎡]\]
변위 전류 (Displacement Current)
변위 전류는 전기장이 시간에 따라 변화할 때 마치 전류가 흐르는 것처럼 보이는 현상을 말합니다. 실제로 전하가 이동하는 것은 아니지만, 마치 전류가 흐르는 것과 같은 효과를 내기 때문에 ‘전류’라는 이름이 붙었습니다.
왜 변위 전류가 발생할까요?
- 맥스웰 방정식 완성: 맥스웰은 전기장과 자기장 사이의 관계를 설명하는 방정식을 정리하면서, 전류가 흐르는 곳에 항상 자기장이 발생한다는 것을 알아냈습니다. 하지만 콘덴서처럼 도체 사이에 유전체가 있는 경우, 도체 내부에는 전류가 흐르지 않더라도 자기장이 발생하는 것을 관찰했습니다. 이를 설명하기 위해 도입된 개념이 바로 변위 전류입니다.
- 전기장의 변화: 콘덴서에 교류 전압을 가하면, 콘덴서 양극판에 축적되는 전하량이 시간에 따라 변화합니다. 이는 곧 전기장의 세기가 시간에 따라 변화한다는 것을 의미합니다. 이러한 전기장의 변화가 마치 전류가 흐르는 것과 같은 효과를 내는 것입니다.
변위 전류의 중요성
- 맥스웰 방정식의 완성: 변위 전류의 개념은 맥스웰 방정식을 완성하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 맥스웰 방정식은 전기장과 자기장 사이의 관계를 설명하는 가장 기본적인 법칙 중 하나입니다.
- 전자기파의 존재 예측: 맥스웰 방정식을 통해 전자기파의 존재를 예측할 수 있었는데, 변위 전류는 이러한 예측을 가능하게 하는 중요한 요소였습니다.
분극 전류 (Polarization Current)
분극 전류는 유전체 내에서 전기장이 가해졌을 때, 유전체를 구성하는 분자들이 외부 전기장의 방향으로 정렬하면서 발생하는 전류를 말합니다.
분극 전류가 발생하는 과정
- 외부 전기장 가해: 유전체에 외부 전기장을 가하면, 유전체를 구성하는 분자들의 (+) 전하와 (-) 전하가 서로 반대 방향으로 이동하려고 합니다.
- 분극: 분자 내부의 전하 분포가 변화하면서 유전체가 분극됩니다.
- 분극 전류: 분극이 발생하는 동안, 마치 전류가 흐르는 것처럼 전하의 이동이 일어납니다. 이를 분극 전류라고 합니다.
분극 전류와 변위 전류의 관계
- 유사점: 둘 다 실제로 전하가 이동하는 것은 아니지만, 마치 전류가 흐르는 것처럼 보이는 현상입니다.
- 차이점: 변위 전류는 전기장의 시간적인 변화에 의해 발생하는 반면, 분극 전류는 유전체 내부의 분자들의 배열 변화에 의해 발생합니다.
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