안녕하세요 이번 내용은 전자파 고유 임피던스 대한 내용입니다. 전자기학 12장 내용으로 전자파, 고유 임피던스 관련해서 포스팅을 작성하도록 하겠습니다.
제가 이해한 내용을 기반으로 설명 드리며, 쉬운 이해를 돕기 위해서 가능한 수식도 같이 첨부하도록 하겠습니다.
전자파
: 전자파에 대해서 설명 드리기 전에 먼저 전자장에 대해서 먼저 설명 드리도록 하겠습니다. 전자장은 전계와 자계가 공존하는 공간을 전자장이라고 합니다.
그리고 이 전자장 내에서 전계와 자계가 혼합되어 있는 파동을 ‘전자파’라고 합니다. 전자파의 특징으로는 아래와 같습니다.
1) 전계와 자계는 서로 수직 전계(E)와 자계(H)는 서로 90˚관계입니다.
2) 전계와 자계가 동상입니다. 여기에서 동상의 의미는 위상이 같다는 뜻으로 전계와 자계가 서로 크기는 다를지라도 같은 변화패턴을 가진다는 의미입니다.
쉽게 말해 전계 E가 최대일때 자계 H도 최대이고 전계 E가 최소일때 자계 H도 최소입니다. 왜냐하면 위상이 같기 때문입니다.
추가적으로 설명 드리면 사인 곡선을 전계 E, 자계 H를 똑같이 그리는 높이만 틀리다고 생각하시면 됩니다.
즉, 전계와 자계가 서로 수직이지만 위상차이는 없다는 거죠. 수직인 동시에 동상인 것입니다.
3) 진공, 공기중에서는 전계E가 자계H의 377배 크다라는 점입니다. 말 그대로 진공이나 공기에서는 E가 H보다 377배 크다고 생각하시면 됩니다.
4) 전계에너지와 자계에너지는 서로 동일 E와 H가 만들어내는 에너지는 서로 동일합니다.
전계의 에너지 공식 중에 1 / 2εE2 라는 식이 있었고 자계의 에너지 공식 중에 1 / 2μH2 라는 식이 있었죠. 이 값이 동일하다라고 생각하시면 됩니다.
– 1 / 2εE2=1 / 2μH2
– EH=με
고유임피던스
: 그럼 이제는 고유임피던스에 대해서 설명 드리도록 하겠습니다.
고유임피던스는 전자장에서 전자파의 흐름을 방해하는 값으로써, 전기회로나 자기회로에서 저항과 비슷한 개념이라고 생각하시면 됩니다.
전자장에서 전자장의 임피던스를 ‘고유임피던스’ 라고 부릅니다. 고유임피던스의 기호는 Z0 또는 η 이라고 합니다. 참고로 η는 이타 라고 읽습니다.
위에서 설명 드린 대로 임피던스는 전기회로나 지기회로에서 말하는 저항과 비슷한 개념이라고 설명 드렸습니다. 즉 식으로 구현해보면 아래와 같습니다.
▶ 저항 = 전압 / 전류 = V / I
여기서 전압을 전위개념으로 볼 수 있습니다. 즉 식을 다시 써보면 V=E×l 라고 쓸 수 있습니다.
전류와 자계의 관계식에서 무한장 직선도체의 경우 H=Il (l=2πr) 이므로 I=H×l 이라고 식을 수정할 수 있습니다.
따라서 η=VI=E×lH×l=EH 이므로 고유임피던스는 전계와 자계의 비로 구할 수 있습니다.
그런데 위쪽에서 전자파의 전계에너지=자계에너지 라고 하면서 EH=με 라고 식을 구현하였습니다.
이 식을 고유임피던스와 연결하여 식을 구현하면 η= EH = με 로 구현 할 수 있습니다.
▶ μ=μ0μs, μ0=4π×10−7
▶ ε=ε0εs, ε0=8.85×10−12
이를 이용해 정리하면 아래와 공식을 통해서 설명이 가능합니다.
▶ με=μ0μsε0εs=μ0ε0×μsεs
=4π×10−78.85×10−12×μsεs
=377×μsεs
그리고 진공과 공기에서는 μs=1, εs=1이므로 진공과 공기에서는 아래 공식대로 구현이 가능합니다.
▶ η=EH=377×11=377, E=377H
진공(공기)에서 E가 H보다 377배 크다는 것을 확인할 수 있습니다. 즉 η=EH=με=377μsεs라는 공식을 구현 할 수 있습니다.
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이상입니자. 지금까지 전자기학 12장 내용으로 전자파, 고유 임피던스 관련해서 포스팅을 작성하였습니다. 저도 공부하면서 구현하는 식이라 실수한 점이 있을 수 있습니다. 참조 부탁 드립니다. 그럼 전기기사 공부하시는데 도움이 되셨으면 하네요. 감사합니다.
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