Shovel정전용량(C ; capacitance)
전기에너지의 저장용량으로서 서로 떨어져 배치된 2개의 전도체는 절연된 도체들로서 어느 정도의 전하가 축적되는지를 나타내는 양을 의미한다. 공간에 배치 된 두 도체 사이에는 반드시 정전용량이 형성되며 그 정전용량의 값은 두 전도체의 거리와 형상 도체 사이의 공간 특성에 따라 결정된다. [그림 2-4]와 같이 금속성의 판(도전체)를 평행하도록 하고 전압을 가하면 정전용량이 형성된다. 정전용량(C)의 값은 금속판의 면적(S)과 금속판 사이의 거리(L), 그리고 금속판 사이의 절연체의 유전율(εs)에 의해 결정된다.
정전용량의 계산 식은 이하와 같으며, 이 때 진공 유전율(ε0)은 8.85419×10-12이며 공기의 비유전율은 1.000059이다.
만일 S와 L이 같은 경우에는 정전용량(C)은 절연체의 유전율(εs)의 변화에 비례함을 알 수 있다. 유전율(또는 비유전율)은 기체, 액체, 고체를 불문하고 절연성 물질이 가지는 기본적인 전기적 정수이다.
각 물질은 고유의 유전율을 가지고 있으며, 유전율 값은 외부에서 전기장을 주었을 때에 각 물질에 존재하는 전자가 어떻게 반응하는지에 따라 결정된다. 또한 유전율은 절연성 물질의 정수이지만 전도성이 있는 물질에서도 나타날 수 있다. 예를 들면 반도체는 유전율을 가지고 있으며 전도성인 것으로 보이는 물질에도 유전율이 있을 수 있다.
도체와 절연체의 전기적 작용의 차이는 금속 내를 자유롭게 이동할 수 있는 자유전자의 존재 여부에 따라 구분된다.
절연체는 자유 전자가 존재하지 않기 때문에 전기를 흐르게 할 수 없지만, 이 절연체를 전기장에 놓으면 전자 분극 현상이 발생하고 이 분 극의 강약이 비유전율의 차이로 나타난다.
이러한 현상이 결과적으로 정전용량의 변화로 나타난다. 일반적으로 도전성 물질은 유전율이 크고 절연성 물질은 유전 율이 작아진다.
고체상 물질이 괴상 형태의 경우와 분체의 경우에서는 입자 크기 또는 환경조건에 따라 유전율이 변화 할 수 있다. 대전되어 있는 도체의 전하가 Q[C], 정전압(전위)이 V[V]일 때, 정전용량 C[F]는 C= Q/V 로 표현된다. 이 때 도체에 축적된 에너지(E)는 E = (1/2)·CV2 로 나타내며 가연성 물질의 최소착화 에너지와 비교함으로써 정전기 착화 위험성을 평가할 수 있다.
불꽃 방전에 의한 에너지 추정식(E)에서 정전용량(C)과 정전압(V)은 방전에너지의 값에 영향을 주며, 특히 정전용량에 비하여 정전압의 영향이 보다 큰 것을 알 수 있다. 정전용량의 측정 예를 <표 2-5>에 제시하였다.
<표 2-5> 정전용량의 예
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구분
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정전용량(pF)
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Polyethylene
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300
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Human body
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100 ~ 300
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PE bag
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100
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Large containers, reactors
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100 ~ 1000
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정전용량의 예(개략치)
산업안전보건연구원
정전기 방전에너지에 의한 화재.폭발의 실험적 규명 연구
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종 류
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정전용량(pF)
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Single screw(단일 나사못)
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~1
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Bolt(볼트)
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~1
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Flange(nominal size 100mm)
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~10
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Flange(nominal size 2 inch)
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20
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Shovel(삽)
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20
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Small container (50L) (소형 컨테이너)
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10~100
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Funnel (호퍼 종류, 굴뚝)
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10~100
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PE-Bag
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100
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Person
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100~300
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insulated individual
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100~300
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Drum (200L)
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100~300
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Road tanker
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100~1000
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Large containers, reactors
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1000
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Rail tanker
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~1000
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인용자료 : 정전기안전, 김두현 외 4인 통화기연, 2001, 그 외
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정전용량(C ; capacitance) 정의 및 단위
Shovel정전용량(C ; capacitance) 전기에너지의 저장용량으로서 서로 떨어져 배치된 2개의 전도체는 절연...
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