도체 및 "전도성 경로"

사람들에게 전기 또는 전자 회로에서 가장 일반적으로 사용되는 부품이 무엇인지 묻는다면 일반적인 대답은 "물론 모두가 저항기를 알고 있습니다." 또는 "커패시터임에 틀림없습니다", 때로는 "트랜지스터 없이 작동하는 것은 아무것도 없습니다"입니다. 사실, 그 답 중 어느 것도 정답이 아닙니다. 실제 대답은 도체가 가장 일반적인 유형의 구성 요소라는 것입니다.

분명히, 도체가 없다면 회로 같은 것은 없을 것입니다. 도체가 전기 회로의 기본 구성 요소임에도 불구하고 도체와 관련된 물리학에 대한 고려는 교과서 외부에서는 놀랍게도 거의 없으며 전도성 구조(예: "섀시 접지")의 특성을 고려하는 데는 훨씬 덜 강조되는 것 같습니다. 이러한 도체와 전도성 어셈블리가 회로의 중요한 전류 복귀 경로로 사용되는 경우. 아마도 이것은 전선이 그다지 흥미롭지 않기 때문일 것입니다! 아이러니하게도 성공적인 EMC 엔지니어링에는 그러한 이해가 필요합니다!

이 기사는 다음을 포함한 다양한 주제를 살펴봄으로써 도체 및 전도성 경로의 주요 측면에 대한 독자의 지식과 이해를 새롭게 해줄 것입니다(또는 시작).

지휘자의 역사

철이나 구리와 같은 전도성 물질로 만든 와이어는 수천 년 동안 사용되어 왔지만 기계 부품으로 사용되었습니다. 전류 흐름의 경로를 정의하는 방법으로 처음으로 사용된 것은 수백 년 전(1700년대)이었습니다. 최초의 전기 용도 중 일부는 전도성 와이어를 건물에 배치된 철 "막대"에 부착하여 (희망적으로!) 낙뢰가 대신 지구로 안전하게 전달될 수 있는 경로를 제공함으로써 식민지 미국의 목조 구조물을 보호하기 위한 것이었습니다. 구조물 전체에 걸쳐(이로 인해 여러 번 화재가 발생했습니다). 이러한 목적으로 와이어를 사용한 것(및 관련 피뢰침의 발명)은 벤자민 프랭클린(Benjamin Franklin)의 업적으로 여겨집니다.

19세기 초, "전기 흐름"에 대한 관심과 전 세계적인 관심이 커지면서 Michael Faraday는 도체의 특성을 이해하기 위해 경험적 실험을 수행한 최초의 사람 중 하나였습니다.

1800년대가 진행되면서 배전 및 통신(전신 시스템)을 포함하여 전기의 더 많은 용도가 개발되었습니다. 이러한 시스템이 더욱 복잡해지고 물리적 규모가 커지고 자본 집약적이게 되면서 이러한 상호 연결 방법을 더욱 완벽하게 이해하려는 욕구가 커졌습니다. 그 결과 올리버 헤비사이드(Oliver Heaviside)는 1880년대에 전송선 이론과 오늘날 우리가 볼 수 있는 "동축" 스타일 케이블을 포함하여 여러 가지 중요한 개념과 발명품을 개발했습니다.

그림 1: 지휘자 활용의 선구자, 벤저민 프랭클린, 마이클 패러데이, 올리버 헤비사이드

지휘자의 목적은 무엇입니까?

낙뢰 보호를 위한 전선의 진화부터 전력 및 신호 분배, 그리고 오늘날까지 도체의 목적은 단 하나임을 알 수 있습니다. 그 목적은 전자기 에너지 전파를 위한 의도된 경로를 제공하는 것입니다.

따라서 도체는 다음 용도로 사용됩니다.

전자기 에너지의 의도된 경로는 Maxwell 교수가 설명한 대로 "전도"를 통해 이루어집니다(커패시터를 통해 "흐르는" 전류와 같은 "변위 전류" 이론에 추가).

에너지가 소스에서 부하로 어떻게 전달되는지 이해하기 위해 "이상화된" 에너지 전달 루프의 개념부터 시작합니다(그림 2 참조).

그림 2: 기본 또는 "이상적인" 에너지 전달 루프의 도식

"이상화된" 에너지 전달 루프

그림은 "발전기"로 표시되는 전력(또는 신호)의 소스를 보여줍니다. 그림의 반대편에는 부하(임피던스로 표현 가능)가 있습니다. 소스에서 부하로 에너지를 전달하는 과정은 다이어그램의 실선으로 정의된 전도 경로를 통해 이루어집니다. 이러한 전달은 일반적으로 한 도체를 따라 "전류 흐름"이 있고 다른 도체는 "전류 복귀" 역할을 한다는 점에서 물 속의 전류와 유사한 것으로 설명됩니다. 이 관점이 틀린 것은 아니지만 때로는 에너지를 소스에서 부하로 유도되는 전자기파로 시각화하는 것이 더 나을 때도 있습니다.