개념과 작동 원리
축전기는 분리된 두 도체에 반대 전하를 저장하는 소자입니다. 정전용량 C는 저장 전하의 크기와 전위차의 비 Q/V입니다.
평행판의 면적을 넓히거나 간격을 줄이면 같은 전압에서 더 많은 전하를 저장할 수 있습니다. 유전체는 전기장의 관계를 바꾸어 용량을 늘릴 수 있습니다.
관계식과 성립 조건
가장자리 효과를 무시하면 C=ε₀εrA/d입니다. 전지 연결은 V 일정, 분리 뒤 누설이 없으면 Q 일정이므로 형상을 바꿀 때 에너지의 변화도 달라집니다.
저장 에너지는 ½CV²=Q²/(2C)입니다. 실제 과정의 에너지 수지에는 전원과 판을 움직이는 외부의 일도 포함해야 합니다.
가상 실험에서 읽을 변화
전지 연결은 V가 일정하고, 분리 뒤에는 저장된 Q가 일정해요.
가장자리 장·절연 파괴·누설은 생략해요. 분리 기준 형상은 고정되어 각 실행이 재현돼요. 실제 전원·콘센트·고전압으로 따라 하지 말고 화면에서 실험해요.
핵심 관계와 기호
C = ε₀εrA/d · Q = CV · U = Q²/(2C)
| 기호 | 뜻 | 단위 |
|---|---|---|
| C | 정전용량 | F |
| A, d | 판 면적·간격 | m², m |
| εr | 상대 유전율 | 단위 없음 |
예시로 확인하기
전지를 분리해 전하를 고정한 채 간격을 2배로 하면 저장 에너지는?
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자주 헷갈리는 점
- 용량이 커지면 모든 연결 조건에서 전압과 전하가 둘 다 동시에 커지는 것은 아닙니다.