1. 기전력 (Electromotive Force)
ㅇ 전지, 발전기 등에서 전압을 연속적으로 만들어주는 능력
- 개방된 양 단자 간에 전위차(전압)를 만들어 내어,
- 회로에 전류를 지속적으로 흐르게 하는 능력
* [용어 의미상 유의점]
. 기전력의 `력`은, 힘(力,Force)이 아니고,
. 전압/전류를 만들어내는 능력(能力,Ability)을 의미함
ㅇ 기전력 단위 : 전압 [V]
- 단위 전하에 대해 행할 수 있는 일 [J/C (Joule/Coulomb)]로써,
- 전압 [V]과 단위 같음
2. 발전기 (전자유도 발전), 전지 (전기화학 작용)에서의 기전력 비교
※ 둘다 `에너지 변환 장치`의 일종임
- 발전기,전지는 역학적 에너지 또는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치
ㅇ 발전기 : 전자유도에 의해 내부에서 전위차(전기에너지) 발생 => 기전력(emf)
- 회전력을 전자유도 방식에 의해 역학적에너지를 전기에너지로 변환 : 교류(AC) 발생
ㅇ 전지 : 전기화학 반응(자발적 과정)으로부터 전위차(전기에너지) 발생 => 기전력(emf)
- 두 전극에서 일어나는 화학반응으로 화학에너지를 전기에너지로 변환 : 직류(DC) 발생
3. 유도 기전력 (Induced Electromotive Force)
ㅇ 유도 기전력 이란?
- 시변 자기장에 의한 전자기 유도 현상으로 회로에 유도되는 전압(기전력)
ㅇ 유도 기전력의 구분
- 변환 기전력 (transformer emf) : (변압기 원리)
. 자속 자체가 시간에 따라 변화
.. e = - dΦ/dt (시변 자계)
. (시간에 따라 변화하는 자계에 의해, 기전력 발생)
- 운동 기전력 (motional emf) : (발전기 원리)
. 일정 자속에서 도체가 자속을 끊으면서 움직임
.. e = (v x B)·L (시변 자속 쇄교)
. (시간에 따라 변화하는 자속 쇄교 면적으로, 기전력 발생)
ㅇ 유도 기전력의 크기 ☞ 패러데이법칙 참조
- 실험에 의거하여, 결합 자속의 변화와 유도된 기전력 사이의 관계에 기초함
ㅇ 유도 기전력의 방향 ☞ 렌쯔의 법칙 참조
- 자속의 변화를 방해하려는 방향으로 발생
ㅇ 유도 기전력 중 운동 기전력의 방향 ☞ 플레밍 오른손 법칙 참조
- 자계 내 도체 운동에 의한 유도 전류의 방향을 결정하는 법칙
. 도선의 운동에 의해, 자기장 내 도선의 운동 에너지가 전기 에너지로 변환됨 (발전기의 원리)
4. 역 기전력 (逆起電力, Counter Electromotive Force, Back EMF)
ㅇ (역 기전력 이란?)
- 외부에서 공급하는(일으키는) 원래의 기전력에 의해,
- 회로에 전류가 흐를 때,
- 반대되는(상쇄시키는,반발하는) 방향으로 생기는(유도되는) 기전력을 말함
ㅇ (근거)
- 주로, 패러데이의 전자기유도 법칙과 렌츠의 법칙에 근거
. 통상, 도체가 운동하여 자속이 변하거나, 회로 전류가 변화하여 자속이 변함으로써,
. 이에대한 반작용으로써 발생
* [참고] 르 샤틀리에의 원리 (Le Chatelier's principle)
. 자연은, 변화를 가능한 한 상쇄시키는 방향으로 움직여, 평형 상태를 이루려고 함
ㅇ (작용)
- 인덕터 : 자속 변화에 대한 저항 → 전체 전류의 흐름을 억제
- 모터 : 공급 전압과 평형을 이루려는 경향의 역기전력 → 과도한 전류 방지
. 모터 기동 시, 역기전력이 거의 없어, 돌입 전류가 크게 발생하는 현상이, 이를 반증함
. {# E_{back} = K_e \cdot \omega #}
.. {#K_e#} : 기계적 상수 (권선수, 구조 등)
.. {#\omega#} : 회전 속도 (Angular Velocity, 각속도)
ㅇ (의의) : (에너지 변환 효율을 높이는 조절 메커니즘)
- 단순히 에너지를 소모하는 방해 요소가 아니라,
- 에너지 보존 법칙과 전자기적 평형을 유지하기 위한, 메커니즘으로 활용 가능
* 역 기전력은, 회생 제동 (Regenerative Braking) 같은 에너지 회수 기술의 원리이기도 함