방전(Discharge) 이란? 방전 종류 및 특징

 

1. 방전(Discharge)이란?

1) 방전 정의

: 전기장의 영향으로 전하를 띤 입자가 이동하여 대전체가 전기적 성질을 잃어버리는 현상

: 전기를 가지고 있는 물체에서 전기가 외부로 흘러나오는 현상

: 강한 자기장 속의 절연체가 절연성을 잃고 전기가 흐르는 경우

 

 

2) 다양한 분야에서 사용되고 있는 방전 의미

- 충전되어 있는 전지로부터 전류가 흘러 기전력이 감소하는 현상

- 대전이나 충전에 대응되는 과정

- 정전기를 띠고 있는 물체가 전기를 잃는 현상

- 전지나 축전기 또는 전기를 띤 물체에서 전기가 외부로 흘러나오는 현상

- 진공이나 고무, 자기, 기체 등의 절연성이 매우 강한 물질들이 전기장으로 인해 절연성을 잃고 전류가 흐르는 것 (번개)

- 태양에서 방출된 전자나 양성자가 대기중의 질소, 산소 등의 입자와 부딪혀 빛을 내는 현상(오로라)

- 배터리가 소모되는 현상, 배터리에서 더 이상 전류 공급이 되지 않는 현상(배터리 방전)

- 신체적 비유로 체력이 바닥나서 더 이상 활동하기 힘든 상태

- 겨울철 손가락과 문 손잡이 사이에서 발생하는 스파이크(정전기)

 

 

2. 방전 종류 및 특징

1) 절연체의 종류에 따른 분류 : 기체 방전, 고체 방전, 액체 방전

 

2) 기체 방전의 종류 및 특징

- 중성 상태였던 기체분자가 특정한 상황에서 이온화되어 방전되는 현상

- 절연체인 기체가 어떤 특정한 상태에서 중성분자의 이온화가 일어나 방전

- 전류 크기, 전극 형태와 종류, 기체 압력과 종류등에 의해 결정

- 4가지 종류

 

1) 코로나 방전(Corona discharge)

- 코로나 효과로 알려진 이 현상은 한쪽 전극 주변에만 전기장이 집중 될때 발생

- 청백색의 빛을 띠는 방전

- 충전이 된 전지로부터 전류가 흐른 현상으로 고전압 시스템에 악영향을 줌

- 발전소의 전선 위에서 흔하게 발생

- 도체 물질 주위의 공기를 이온화아여 크래킹 노이즈를 발생시켜 고전압 송전 선로에서 발생하는 경우 흔함

- 전력 시스템 EHV(Extra High Voltage) 효율 감소시켜 전력 손실 유발

- 케이블 상태, 대기 조건에 영향을 받는데 폭풍우 치는 날, 도체 주변에 존재하는 이온의 수가 많아져 발생 확률 높아짐

 

2) 글로 방전(Glow discharge)

- 방전관을 매우 낮은 압력(0.5 ㎜Hg 정도)으로 유지하고 기체를 채운후 전극을 놓고 고전압을 가하면 전류가 흐름에 따라 글로(희미한 빛) 발생 

- 기체의 종류에 따라 고유한 색이 부드럽게 발광

- 음극판면은 음극광으로 뒤덮이고, 그로부터 양극 쪽으로 크룩스 암흑부·음글로·팰러디 암흑부가 계속되고, 이어서 양광주가 양극 가까이까지 이어지며, 양극판은 양극광으로 뒤덮인다. 이때 기체가 암흑부 이외의 장소에서 발하는 빛을 글로라고 한다.

- 응용 : 네온사인, 형광등

- 네온사인의 빛나는 부분은 에너지 밀도 작고 전자와 이온으로 이온화되어 있으며 플라스마 상태

 

3) 아크 방전(Arc discharge)

- 방전 현상 중 가장 높은 전류 밀도에서 일어남

- 낮은 전압에서도 두 전극을 붙였다 떼어냄으로써 아크 방전 생성 가능

- 고온의 흰색 불꽃 방출

- 가스를 통한 연속적인 방전

- 전도성이 없는 가스가 전위차에 의해 이온화된 플라즈마가 되면서 빛을 방사하는 현상

- 두 전극 사이의 전류가 증가시 미광 방전에 의해 시작 가능

- 응용 : 플라즈마 절단, 금속 용접 등

 

4) 불꽃 방전(Spark discharge)

- 전극에 기체를 넣고 고전압을 주면 전자나 이온의 충돌로 인하여 전리 작용이 급격하게 일어나고 매우 큰 전류가 흐르게 된다. 즉 기체의 절연 상태가 깨지면서 큰 소리와 불꽃을 내며 방전하는 현상

- 공기, 가스로 구성된 비전도성 물질이 방전에 의해 전도성으로 변하는 과정에서 빛, 소리 발생하는 현상

- 예: 번개 치는 현상