Faraday Law   패러데이 법칙, 파라데이 법칙, 페러데이 법칙

(2023-12-17)

전자유도 법칙, 패러데이의 전자유도 법칙, 패러데이의 전기분해 법칙, Faraday, 패러데이, 패러데이 상수


1. 패러데이 법칙 (Faraday Law) 

  ㅇ (1831년, 전자기유도 법칙)
     - 실험에 기초하여, `결합 자속의 변화`와 `유도된 기전력` 간의 관계를 나타낸 법칙 
        . 자속 변화(시변 자계)가 전류(기전력)를 유도함  :  (회로 관점)
        . 자계 변화가 전계를 발생시킴  :  ( 관점)

  ㅇ (1833년, 전기분해 법칙)
     - 전극 반응에 의해, `화학 변화(생성,소비)된 량`과 `흘러간 전기량(전류 x 시간)` 사이의
       정량적인 관계를 나타내는 법칙
        . 전기량전해질물질의 변화(침전 등)를 초래함

  ※ Michael Faraday(1791~1867) : 영국 과학자
     - 영국의 화학자,물리학자. 19세기 최대의 실험 물리학자. '전기학의 아버지'라고 칭송됨.


2. (전자기유도 법칙)  패러데이 법칙의 표현식

  ㅇ (회로이론)
       
[# e\,m\,f = e_{\,induced} = - \frac{dΦ}{dt} \quad #]
[V] (`-` 부호는 렌쯔의 법칙 참조) - `유도 기전력` 및 `자속 변화` 사이의 관계 . 폐 회로(코일)를 통과하는 자속시간에 따라 변하게되면, . 폐 회로(코일)에 전류가 흐르게되며 유도 기전력(emf)이 유도됨 - 만일, 위 패러데이 법칙을 자속 쇄교 수 λ로 다시 쓰면, {# e_{\,induced} = dλ/dt #} ㅇ (전자기장이론 : 패러데이법칙의 미분형)
[# \nabla \times \mathbf{E} = - \frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t} \quad #]
(맥스웰방정식 중 하나) - `전계 회전 (벡터회전)` 및 `시변 자계 (∂/∂t)` 사이의 관계 . 시변 자계에서 전계의 회전이 일어남 .. 공간 내 어떤 점에서 시간 변화하는 자기장과 회전하는 비 쿨롱 전기장 사이의 관계 . 그 역도 추론이 가능 => 회전 전계시변 자계 발생 3. (전자기유도 법칙) 패러데이 법칙의 의미전자기 유도가 일어나는 방식을 설명하여줌 - 유도 전류유도 기전력의 크기를 알려줌 ㅇ `-` 부호 - 한편, 패러데이 법칙은 유도 전류의 크기에 대해서만 언급하였고, 유도 전류의 방향에 대해 언급한 것은 렌쯔의 법칙임 ㅇ 변압기,전기 발전기 등의 원리 - 변압기 : 1차,2차 권선수에 따라 적절한 유도 기전력(전압) 발생으로 전압 변성기 원리 - 발전기 : 전자기 유도 현상으로써 상업용 전기 발전기의 원리를 설명하여줌 4. (전기분해 법칙)전기화학 반응 중인 전해질에서, 전기량질량 간의 정량적 관계를, 정의하는 법칙 - 전해질물질의 변화량(생성/소비된 물질질량, 침전된 량)은, - 전극을 통해 흘러간 전기량(이동 전하량,전류)에 만 비례함 ㅇ (법칙 표현식) * 물질 변화량(m)은, 오직 흘러간 전하량(Q)에 만 비례(의존)함 - m = (Q/F) (M/z) . m : 물질 변화량 [g] .. (전기 화학 반응에서 생성 또는 소비된 물질의 질량. 주로, 침전물질 질량) . Q : 흘러간 (수송된, 공급된) 전하량 (Q = i x t) [C] . F : 패러데이 상수 = 96,485 [C/mol] . M : 생성 or 소비된 물질 마다 정해지는 몰질량 [g/mol] . z : 분자 당 전하 수 [1] .. (전기 화학 반응에 참여하는 전자 수) . [g] = ([C] / [C/mol]) ( [g/mol] / [1]) ㅇ (패러데이 상수 : F = Q / n) * 전자 1몰이 가진 전기량 - 패러데이 상수 (F) = (쿨롱) / (전자들의 몰수) = Q / n = 96,485 [C/mol] * 1 패러데이 (Fraraday, F)는, 전자 1 몰이 갖는 전하량으로, . 전자 1개 전하량아보가드로 수 만큼을 곱한 값 임 . (1.602 × 10–19 [C]) × (6.02 × 1023 [1/mol]) = 96,485 [C/mol] - (단위 표현 : [F], [C/mol]) ☞ 전하의 단위 참조 . 1 [F (Faraday)] = 전자 1 몰(mole)에 포함된 전하량 = 96,485 [C/mol] ㅇ (전기분해) * 전기분해를 통해서 생성되는 화학 물질의 양은, 투입된 전기량에 비례함 - 석출되는 금속 질량 [g] = (Q [C]/F [C/mol]) x (금속 몰질량 [g/mol]) ÷ (반응 참여 전자 수) = ([C]/[C/mol]) x (g 원자량)/(1 mol 금속) x (1 mol)/(n mol e-) ㅇ (전기회로) * 전선,전극회로를 통해, 매 초 당 공급된(흐르는) 전하량(Q)은, . 회로 관계식 (Q = i x t)에 따라, 전류[A]와 시간[sec]을 곱한 것이 됨 - 따라서, 1 [F]는, 가해진(흘러간) 전기량이, 96,485 [A·s (Ampere sec)] 만큼에 해당됨 ㅇ 한편, - 전기화학적 셀을 통해 흐르는 전류의 크기는, - 계면(전극 - 전해질)을 형성하는 화학종 및 그 농도에 따라서도 달라짐

전자계현상(시변장)
   1. 맥스웰 방정식   2. 패러데이 법칙   3. 유도기전력   4. 변위전류   5. 전자기파   6. 시정현파계   7. 전자파세기   8. 전자기파 파동방정식  


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