저번 게시글 이후로 시간이 조금 흘렀습니다. 그동안 많은 분들이 DGIST 인턴 후기를 봐주셨습니다. 저 같은 경우 화학물리학과에 있는 랩실에 지원했었습니다. 종종 그때를 다시 생각하는데 제 대학교 생활중에 제일 재밌었던 시기중 하나였습니다.  좋은 교수님과 좋은 선배님들과 같이 연구할 기회가 있다면 꼭 지원하시길 바랍니다. 

2주차 부터는 본격적으로 랩에서 하는 실험들 테크닉을 배웠습니다. 바쁘신 와중에도 정말 친절하게 하나하나 세세하게 알려주셨고 이에 저도 열심히 하게 된 것 같습니다. 교수님과 초밥을 먹으며 랩실 미팅에서 매주 금요일마다 발표하기로 했습니다. 

발표를 할 때 미관상의 이유로 X축을 빼버리는 .. 행동을 했는데 다행히 다들 웃으면서 잘 이야기해주셨습니다. 논문에서 사용하는 ORIGIN 프로그램과 각종 기기들을 다루었고 1학기때 반도체 물성에서 보던 기기들도 직접 볼 수 있는 기회였습니다. 저희 랩실 말고 다른 랩실 장비들도 구경할 수 있었는데 특히 반도체 관련 랩실이 인상깊었습니다. 저희 학교에서는 볼 수 없던 클린룸부터 다양한 기기들까지 구비되어 있어서 연구할 맛이 나겠다는 생각을 했습니다. 

DGIST 내부에 헬스장( 시설이 그렇게 좋지는 않습니다만) 과 음식 시설들을 자주 이용했고 최종 발표까지 잘 마무리했습니다. 짧아서 정말 아쉬웠단 생각을 했습니다. 교수님과 직접 1대1로 이야기할 기회가 흔치 않은데 정말 보람있는 경험이었고 또 대학원이라는 진로에 대해 정말 깊게 생각할 수 있게 된 계기였습니다. 또 방학때 공기좋은 곳에서 연구할 수 있어서 심신이 건강해진다는 느낌도 많이 받았습니다. 

어쨌든 좋은 교수님 (김박사넷 평점 이라던가 학부 박사과정께 메일로 문의) 한 후 좋은 인턴 경험하셨으면 좋겠습니다. 

2024.05.23 update

이번에는 4학년이다보니 제가 진학하고자 하는 랩실에 지원을 했는데요, 

아쉽게도 원하는 연구실이 아니라 2지망에 적은 연구실로 배정되었습니다. 원서 접수, 원서 결과 때 조회수가 많이 나오는데, 다들 원하는 연구실이 되서  좋은 생활 하셨으면 좋겠습니다. 

이전 챕터에서는 인덕턴스와 교류전압에 대해서 이야기했는데 이번에는 코일의 자화전류에 대해서 이야기하겠습니다. 

저번에 교류전압을 가하면 코일 내부에 자속이 생성된다고 이야기했습니다. 그리고 그 자속의 크기는 철심에 무관하고 교류전압의 크기와 주파수에 의해 결정된다고 이야기 했는데요, 자속은 저절로 생겨난게 아니라 코일에 전류가 흐르면서 생성된 자속입니다. 전류 식 같은 경우 

이와 같이 표현할 수 있습니다. 저번에 v(t)는 cos함수로 준다고 가정했기 때문에 전류는 전압에 비해 90도 뒤집니다. 이를 지상이라고 하죠. 이때 이 식을 잘 풀이해보겠습니다. 분자에 있는 루트2 V sin (wt)을 보면 이때 이 실효값이 V라는 것을 알 수 있습니다. 또 분모의 괄호 안에 있는 저 분수식은 인덕턴스 L의 공식입니다. 즉, 전류는 

이와 같이 표현할 수 있습니다. 그런데 코일의 리액턴스X는 wL입니다. 이에 최종적으로 90도 위상차까지 복소페이서 사이의 관계로 나타나게 된다면

최종적으로 다음과 같이 표현할 수 있게 됩니다. 

정리하면 코일에 교류전압이 가해지면 자기저항과 턴수에 의해 전류가 흐릅니다. 이 전류에 의해 교류전원의 크기와 주파수 코일의 턴수에 의해 결정되는 자속이 결정되고 이 자속이 결론적으로 코일에 기전력을 유기시켜 인가전압과 전기적 평형을 이루게 됩니다. 코일에 기전력이 유기되어 인가전압과 전기적 평형을 이룹니다. 

자속에서 철심이 어떤지에 따라 상관없다고 했는데 자속 대신 전류가 철심에 의해 달라집니다. 

아무래도 전체적인 흐름을 이어가다 보니 전 내용들을 알아야 계속 나아갈 수있는 것 같습니다. 다음에는 그 유명한 히스테리시스 곡선에 대해 이야기하겠습니다. 

대학원과 진로에 대해 여러 고민이 있는 과정에서 해당 책을 읽었습니다. 미국의 경제학자 러셀 로버츠가 작성했고 이화여대 최재천 교수님이 추천한 책입니다. 사실 책에서 내 결심을 맡긴다는 것은 웃깁니다. 책에서도 이 점을 정확하게 이야기해서 좋았습니다. 저는 대학원 결정을 할 때 장점과 단점을 적고 가중치를 두어 총점을 계산했는데 어쩌면 이 방법이 잘 맞을 수도 있습니다. 다만, 이런 스칼라 방식으로 바라보기엔 깊은 고민을 하게 되는 문제들은 더욱 복잡하고 어렵습니다. 결국에는 자기 마음가는대로 직관으로 고른다는 것이지요. 그렇기 때문에 다양한 경험을 해야한다고 책에서는 이야기합니다. 

인상적인 구절

뱀파이어가 되기 전에는 그게 어떤 것일지 제대로 상상할 수 없다. 우리가 경험해 본 세상에는 피를 마셔야만 목숨을 부지하고 햇빛이 비칠 떈 관에 누워 잠을 자는 상황이 벌어지지 않기 때문이다. (중략) 이 부분에 대해서는 아무런 데이터가 없다. 그리고 이 데이터를 얻을 수 있는 유일한 길은 그냥 믿고 뱀파이어의 세계로 뛰어드는 수밖에 없다. (중략) 무엇이 나에게 최선인지를 판단할 때 고려해야 할 '나'는 다음중 어느쪽인가? 지금의 나인가, 나중의 나인가?  (45p) 

- 2학년 때까지 나는 내가 매우 안정적인 직업을 선호하는 줄 알았다. 공기업을 생각했고 평생 여유로운 인생을 살고 싶었다. 하지만 3학년이 되고 다양한 공모전을 하면서 나는 새로운 도전을 하고 싶었고 또 연구실에 들어가자 나는 연구하는 삶을 꿈꾸게 되었다. 이처럼, 내가 선택을 할 때 단순히 현재의 나로만 고민하면 안된다는 사실이다. 그런 점에서 고려해야할 범위를 넓게 생각하게 된다. 

제 생각에는 체크리스트를 한번 만들어 볼 만한 게, 그런 목록이 감정 반응을 자극해서 내가 정말로 원하는 게 뭔지 알려주니까요. 동전 던지기처럼 말이에요.

- 때로는 직관이 더 정확할 수 있다는 말이다. (책에서는 찰스 다윈의 이야기를 한다)

인간으로서 성장하는 것은 삶을 충만하게 사는 것이다. 이는 단순히 쾌락을 늘리고 고통을 피하는 게 아니다. 성장한다는 것은 진실성, 미덕, 목적, 의미, 존엄성, 자율성을 가지고 행동하며 살아간다는 뜻이다. 삶의 계량화하기 어려운 측면들이지만 어쩌면 당신은 비용이 얼마가 되었든 이것들을 최우선에 놓을지도 모른다. (중략) 답이 없는 문제 앞에서 우리가 내리는 선택들은 그저 미래의 비용과 혜택만 줄줄이 만들어 내는 게 아니다. 이 선택들은 우리가 어떤 사람인지를 규정하며, 결과가 좋을 때는 삶의 의미를 부여한다. 그리고 결과가 좋지 않을 때 힘들게 내 선택을 직시하는 것도 삶의 일부다. 

우리는 정보가 없어서 결정을 미루는 것이 아니다. 우리가 결정을 미루는 이유는 결정을 내리기 두려워서다. 만족할 만한 정보를 얻기까지 결정하지 않겠다는 사람은 결국 인생이 다 지나가 버렸음을 깨닫게 될 것이다. 

- 뼈맞는 말이다. 어쨌거나 책에서는 명확한 결과보다는 다양한 경험을 해보고 선택을 하라고 조언한다. 글쎄 결과가 좋지 않을 때 내 선택을 직시하면서도 다음에는 올바른 선택을 할 수 있게 말이다. 

이전 챕터에서는 전자기 유도현상에 대해서 이야기했는데 이번에는 자기 인덕턴스, 상호 인덕턴스와 교류전압과 자속에 대해서 이야기하겠습니다. 

코일의 전류 변화가 코일 자체의 쇄교자속의 변화를 일으켜 기전력이 유기되는 것과 마찬가지로 부근에 다른 코일이 있다면 그 코일의 쇄교 자속에도 변화를 일으킬 수 있습니다. 어렵게 말했지만 간단하게 이야기하자면 한 코일이 다른 코일에게도 영향을 미칠 수 있다는 것입니다.

코일에 전류가 흘러 자속이 만들어 진다면 이 자속이 아래 코일에도 영향을 미치게 됩니다. 

적혀있는대로 쇄교자속은 N2* 자속이고 이는 N2*N1/R * i 가 됩니다. 

이때 N2*N1/R 을 L21으로 표현합니다. 숫자의 순서는 그냥 코일 2에서 1로인해 영향받는 인덕턴스라고 생각하면 됩니다. 

그림 (b(=)에서는 그럼 L12로 나타낼 수 있겠죠. 이처럼 다른 코일 사이의 쇄교자속과 전류 사이의 비례상수를 상호 인덕턴스라고 하고 코일의 자체 인덕턴스를 자기인덕턴스라고 합니다. 이를 활용해 전류를 키우거나 줄였을 때를 생각하면 다른 코일에서 자석을 근접시키거나 멀어지게 하는 자속 변화처럼 행동할 수 있습니다. 

이는 결국, 나중에 변압기의 원리가 됩니다. 

지금까지 코일에 직류가 흐를 경우를 위주로 생각했는데 이번에는 교류가 흐를 경우를 생각해보겠습니다. 교류가 흐른다면 철심이 한 방향으로 자화되었다가 반대 방향으로 자화되는 동작이 반복되면서 자속이 끊임없이 변합니다. 이에 정상상태에서도 끊임없이 코일에 기전력이 유기됩니다. 전원전압은 코일에 전류를 흐르게 하고 전류는 코일에 자속을 만듭니다. 

자속의 변화는 기전력을 유기하고 유도기전력은 코일 양단에 가해진 전원전압과 전기적 평형을 이루게 됩니다. 저번 페러데이법칙처럼 유도기전력은 아래와 같은 공식을 가지고 있는데,  만약 인가된 전압이 정현파라고 한다면, 자속은 식을 잘 정리해서 구할 수 있습니다. 

실효치가 V인 Cos 정현파가 전원전압이라고 한다면, 자속은 sin정현파를 가지게 됩니다. 

즉 자속의 위상은 전압에 비해 90도 뒤지게 됩니다. 자속의 최대치는 sin이 1일때 이겠죠? 이를 통해 가장 중요한 사실을 알 수 있습니다. 코일을 쇄교하는 자속의 크기는 같은 턴수의 코일에서 철심에 무관하고, 오로지 인가된 교류전압의 크기와 주파수에 결정됩니다. 만약 주파수가 일정하다면 코일 내부 자속의 크기는 전적으로 인가전압의 크기에 비례한 것입니다. 

다음에는 코일의 자화전류/ 코일의 무효전력에 대해 알아보겠습니다. 푸키였습니다. 

이전 챕터에서는 자기회로와 공극에 대해서 이야기했는데 이번에는 전자기적 유도현상에 대해서 이야기하겠습니다. 

전자기적 유도현상은 어릴때부터 꾸준히 배우는 가장 중요한 현상중 하나라고 생각합니다. 대부분의 물리현상은 어떤 현상이 존재하면 그 역의 현상도 존재합니다. 예를 들어 유체속에 중력이 있으면 부력이 작용하는 것처럼 말이죠. 이전에 코일에 흐르는 전류가 주위 공간의 자기장에 변화를 일으킨다는 것을 이야기 했습니다. 반대로 자기장의 변화가 코일의 전류에 영향을 미칩니다. 자석을 코일에 접근시키거나 코일로부터 멀어진다면 코일 안쪽을 지나는 자속에 변화가 생겨 코일에 전류가 흐르는 현상이 나타납니다. 이를 전자기 유도라고 합니다. 

코일에 전류가 흐를 때 방향은 자석의 이동방향에 따라 달라집니다. 왼쪽을 보면 자석의 N극이 코일에 가까워 집니다. 이때는 코일위쪽에서 보았을 때 반시계방향의 전류가 흐릅니다. 그렇게 되면 코일에서 위쪽은 N극 아래쪽은 S극이 되어 다가오는 자석을 방해하는 방향으로 힘이 형성됩니다.  오른쪽 같은 경우는 멀어지는 자석을 막기 위해 위가 S 아래가 N극으로 형성됩니다. 결과적으로 코일 전류는 자석의 움직임을 방해하는 방향의 자속을 만들어낸다고 알 수 있습니다. 이렇게 흐르는 전류가 자속의 변화를 방해하는 쪽으로 작용하는 현상을 렌쯔의 법칙이라고 합니다. 

이때 코일 외부회로를 통해 전류가 흐르는 것은 코일에 기전력이 발생하기 때문입니다. 이를 유도기전력이라고 합니다. 
이때 코일의 자속에 따라 유도기전력의 방향은 렌쯔의 법칙으로 알았는데, 크기는 어떻게 알까요? 바로 패러데이의 법칙으로 알 수 있습니다. 

N은 턴수입니다. 즉 코일의 매 턴마다 자속의 변화율만큼 기전력이 유기되며 직렬로 연결된 N개 턴의 기전력이 모두 더해져 코일 양 단자 사이에 나타남을 알 수 있습니다.  위 식에서 자속은 코일 안쪽을 통과하는 자속을 뜻합니다. 예를 들어 코일 바깥쪽을 흐르는 자속이 있다면 이는 식과 전혀상관없습니다.  턴수 N인 코일에서 코일 내부를 지나는 자속 쇄교량 혹은 쇄교 자속을

다음과 같이 정의할 수 있습니다.  

위 패러데이 법칙 또한 쇄교자속을 이용하면

다음과 같이 정의할 수 있습니다. 즉, 코일 양단에 나타나는 기전력은 쇄교자속의 변화율과 같은 걸 알 수 있습니다. 

지금까지 외부에서 자속의 변화가 생길 떄 코일에 기전력이 유기되는 것을 알았는데요, 이번에는 코일 자체에서 전류가 변화할 때 자속의 변화를 알아보겠습니다. 

전류가 증가하거나 전류가 감소한다면 자속은 변합니다. 예를 들어 위와 같은 그림인데 자석을 보지 않겠습니다.

이떄, 자석이 없다고 가정하고 코일 내부에 철심이 있다고 가정하면, 전류의 세기가 변할 시 철심에 자속의 양은 달라지게 됩니다. 전류가 커지면서 자속이 증가한다면 방해하는 방향으로 기전력이 유기됩니다. 즉 자속을 방해하기 위한 기전력이 유기되어 전류의 상승을 억제하려고 합니다. 

쇄교자속을 다음과 같이 쓸 수 있다는 걸 압니다. 이때 맨 오른쪽 i 에 붙어있는 식을 L이라는 인덕턴스라고 정의합니다. (단위는 H) 인덕턴스가 뭐냐? 라고 묻는다면 쇄교자속과 전류사이의 비례상수 라고 이야기할 수 있습니다. 

전기공학을 공부하는 학생은 알겠지만 회로에서 인덕터에서 사용되는 인덕턴스와 같은 인덕턴스입니다. 기전력의 관점에서 다시 정리하면 

다음과 같이 됩니다. 회로 관점에서 보면 코일에 전류가 흐를 때 코일 양단에 어떤 기전력이 나타나는 지 특성을 표현하는 상수가 됩니다. 인덕턴스는 주어진 전류로 얼마나 많은 자속쇄교량이 만들어지는 지를 나타냅니다.  코일의 인덕턴스가 크다는 것은 작은 전류로 큰 자속이 만들어진다는 뜻이고 이는 자기저항이 작다는 것과 같습니다. 코일에 자기저항이 작은 강자성체 철심을 사용하면 철심이 없을 때에 비해 인덕턴스가 몇천배 증가할 수 있겠죠. 

오늘 개념이 많이 나왔는데 인덕턴스와 유도기전력 개념은 알고가셨으면 좋겠습니다. 인덕턴스는 전기전자공학에서 단순히 전기기기 뿐만 아니라 전자회로, 교류회로 등 다양한 곳에서 사용되는 개념입니다. 

다음에는 자기 인덕턴스, 상호 인덕턴스와 교류전압과 자속에 대해 이야기 하겠습니다.

 이전 챕터에서는 투자율과 자화특성곡선에 대해서 이야기했는데 이번에는 자기회로와 공극에 대해서 이야기하겠습니다. 

코일에서 만들어진 자속은 코일의 한쪽에서 나와 경로를 거쳐 코일 반대편으로 되돌아 옵니다. 자기력선이 폐루프를 그리기 때문에 코일에서 나간 자속과 들어온 자속은 같습니다. 즉, 전기회로처럼 자기력선 역시 회로와 비슷한 방식으로 작동합니다. 따라서 이를 마치 자기회로 방식으로 해석할 수 있습니다. 저희가 이전 챕터에서 자기저항이라는 것을 이야기했는데 기자력이 전압처럼 자기저항이 전기저항처럼 그리고 자속이 전류처럼 대응된다는 것을 알 수 있습니다. 전기회로와 다르게 자기회로에서는 누설자속이라는 것이 존재합니다. 도체의 도전율이 부도체의 10^15배 정도 차이나는 반면 강자성체의 투자율은 비자성체의 겨우 수천배밖에 되지 않습니다. 이에, 자속이 누설되는 누설자속 현상이 발생합니다. 자기회로 방식은 전기회로처럼 저항의 합같은 방식으로 직렬 병렬을 계산할 수 있다는 편리성이 있습니다. 

한편 자기저항이 투자율*면적의 역수라는 사실을 배웠는데, 공기중에서 자기저항이 철심에서 자기저항보다 훨씬 높다는 것을 저번 게시글에서 이야기 했습니다. 아래 그림을 보면 다음과 같이 공기로 이루어진 간격인 공극이 존재합니다. 공극에서는 자기저항이 철심보다 훨씬 높기 때문에 기자력 강하 ( 전기회로로 따지면 전압강하) 가 훨씬 크게 나타납니다. 한편, 저희는 자화특성곡성에서 투자율이 동작점에 따라 관계가 일정하지 않다는 것을 알고 있습니다. 이에, B와 H의 상태를 모를경우 비선형적인 함수로 인해 수치해석적 방법을 이용합니다. 

지금까지 자기회로, 공극에 공부했습니다. 다음에는 전자기적 유도현상에 대해 이야기 하겠습니다.