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공학 과학기술 계산195

표피 효과, 표면침투 깊이 (표피 깊이, Skin Depth) 계산 표피 효과는 도체 표면에 교류 전류가 불균일하게 분포되는 현상이다. 이 효과는 주파수에 따라 증가한다. 이 때, 무선 주파수와 같은 고주파수에서는 실제로 전체 전류는 주로 도체의 외부 표면과 표면침투 깊이 (표피 깊이) 사이의 "외피"에서 흐르며, 전류 밀도가 도체 표면 근처에서 가장 크고 도체의 깊이가 깊어질수록 기하급수적으로 감소한다. 일반적으로 표피 깊이는 전류 밀도가 표면 근처 해당 값의 1/e(= 0.3678, 약 36.8 %)로 감소하는 도체 표면의 깊이로 정의한다. (e : Napier’s constant) 아래 식으로 표피 깊이를 계산하려면 AC 신호의 주파수, 전도성 물질의 저항률 및 상대 투자율을 입력하면 된다. (식 1) δ = SQRT ( 2ρ / ω μ ) = SQRT ( 2ρ /.. 2024. 4. 1.
습기 제거를 위한 필요 환기량 계산 실내에 W의 증기 발생이 있을 때, 실내의 절대 습도를 Xi 로 유지하기 위한 필요 환기량 Q는 아래 식으로 구할 수 있다. (식 1) Q (㎥/h) = W / γ * (Xi-Xo) = W / 1.2 * (Xi-Xo) 여기서, Q : 필요 환기량 (㎥/hr) W : 단위시간당 수증기 발생량 (kg/h) γ : 공기의 비중량, 1.2 (kgf/m3) Xi : 실내 허용 절대습도 (kg/kg) Xo : 급기 공기의 절대습도 (kg/kg) 이다. HTML 삽입 미리보기할 수 없는 소스 예를 들어, 실내에 수증기 발생량이 2.4 kg/h, 실내 허용 절대습도 0.01 kg/kg, 급기 공기의 절대습도 0.005 kg/kg 일 때 필요 환기량을 구해보자. Q = 2.4 / (1.2 * (0.01-0.005)) =.. 2024. 4. 1.
유해가스 제거를 위한 필요 환기량 계산 가스 등 오염 물질이 발생하는 장소에는 허용농도 이하로 유지하기 위한 환기량이 필요하다. 유해가스에 대한 필요 환기량 Q는 아래 식으로 구할 수 있다. (식 1) Q (㎥/h) = M / (Ci-Co) 여기서, Q : 필요 환기량 (㎥/hr) M : 오염물질 발생량 (㎥/h) Ci : 실내 허용 농도 (㎥/㎥), CO2 의 경우 법정 기준 농도 = 0.001 ㎥/㎥ = 1000 ppm (0.1 %) Co : 신선 외기 농도 (㎥/㎥), 신선한 공기중의 CO2 농도 = 0.0003 ㎥/㎥ = 300 ppm (0.03 %) 이다. HTML 삽입 미리보기할 수 없는 소스 예를 들어, 10 사람이 있는 실내에 1인당 CO2 발생량이 17 l/h (=0.017 m3/h)일 경우, CO2 실내 허용 농도 1000 .. 2024. 3. 31.
실내 발열 제거를 위한 필요 환기량 계산 실내에서 시간당 H (W) 의 발열이 있을 때, 실내 공기온도를 Ti (℃) 로 유지하기 위한 필요 환기량 Q (m3/h) 는 아래 식으로 구할 수 있다. (식 1) Q = H / Cp *γ * (Ti-To) Q : 필요 환기량 (m3/h) H : 실내의 발열량 (W) Cp : 공기의 비열, 1.01 (kJ/kg-K) γ : 공기의 비중량, 1.2 (kg/m3) Ti : 실내 허용온도 (℃) To : 급기 공기의 온도 (℃) 식 1에 공기의 비열과 비중량을 입력하고 단위 (1 W = 1 J/s, 1 h = 3,600 sec)를 일치시키면, 아래 식과 같다. (식 2) Q (㎥/h) = 3.6 * H / 1.212 * (Ti-To) HTML 삽입 미리보기할 수 없는 소스 예를 들어, 120,000 W의 발.. 2024. 3. 30.
dBm, Volts, Watts 계산 dBm은 1밀리와트(mW)를 기준으로 하는 데시벨(dB) 단위의 전력 비율로 표시한 값이다. 아래 계산식으로부터, 주어진 임피던스에 대해 dBm 또는 W 단위의 신호 전력 [P(dBm) & P(W)]과 RMS 전압 (Vrms) 및 피크 대 피크 전압(Vp-p)을 계산할 수 있다. (식 1) P(W) = 1W × 10 P(dBm)/10​​ / 1000 (식 2) P(dBm) = 10 x log10 (P(W)/1W) +30 (식 3) Vrms = SQRT(Z/1000) * 10 P(dBm)/20 (식 4) P(dBm) = 10 x log10 ( (Vrms 2 * 1000) / Z ) (식 5) Vp-p = 2 * SQRT(2) * Vrms HTML 삽입 미리보기할 수 없는 소스 2024. 3. 30.
dB, dBm 과 Watt 단위 변환 dB는 소리, 주파수 전력, 전압 등의 특정한 측정값을 log 단위로 표현하는 방법으로 값의 상대적인 비교를 위한 단위이다. RF 회로에서 dB를 사용하는 이유는 계산이 간단하고, 입력 Power의 증폭 또는 감쇄에 주로 사용하므로 비교에 용이하기 때문이다. dBm이란 mW 단위의 전력 (dBW는 W 단위의 전력)을 dB 스케일로 나타낸 단위를 의미하며, 상용화된 RF 등 전기 통신에서 사용하는 전력의 절대 측정 단위이다. (식 1) P(dB) = 10 x log10​ (P2​/P1​​) P1,​ P2 : W 단위의 전력, P1은 일반적으로 기준 전력이다. 즉, P1 ​= 1 mW 전력을 기준으로 표시한 dB 레벨을 우리는 절대적인 값 dBm으로 표시할 수 있다. dBm 과 W 를 서로 변환하는 공식은 .. 2024. 3. 29.
열잡음 (Thermal Noise) 전력 및 전압 계산 열잡음 (Thermal Noise)은 전기 전도체 내 전하 운반체의 진동으로 인해 발생하며 인가전압에 관계없이 온도에 정비례한다. 열잡음을 제거하는 것은 불가능하나, 작동 온도를 낮추거나 전기 회로의 저항 값을 줄여 낮출 수 있다. 열잡음은 모든 전송 매체와 모든 통신 장비에서 발생하므로, 무선 통신 시스템에서 수신기와 통신 채널을 설계하려면 열잡음 전력을 아는 것이 필수적이다. 열 잡음 전력은 주변의 대역폭과 온도에 따라 달라지며, 구하는 식은 아래와 같다. (식 1) P (W) = k*T*B dBm 단위로 열잡음 전력을 표시할 수 있다. (식 2) P (dBm) = 10*log10 (1000*k*T*B) P : 열잡음 전력 (W or dBm) T : 온도 (K) B : 대역폭 (Hz) k : 볼츠만 .. 2024. 3. 28.
두 물체 사이의 열평형 (Thermal Equilibrium) 계산 접촉하고 있는 두 물체 사이에 온도차가 있으면 열전달이 발생하며, 열은 고온에서 저온으로 흐른다. 두 물체의 온도가 같아지면 더 이상 열전달이 일어나지 않는 열평형 상태가 된다. 열 전달 속도는 여러 요소에 영향을 받지만 가장 중요한 요소는 열용량이다. 물체의 질량, 열용량 또는 온도 차이를 변화시키면서 아래 식과 같이 공급하는 열을 늘리거나 줄일 수 있다. (식 1) Q = mcΔT Q : 공급하거나 흡수하는 열 (J) m : 물체의 질량 (kg) c : 열용량 (J/kg·K) ΔT​ : 초기 온도와 최종 온도의 차이 (K) 서로 다른 온도와 비열을 갖는 두 물체를 접촉시켜 열이 흐르게 하면 두 온도 사이 어딘가의 평형온도에 도달하게 된다. 상변화가 없는 상황에서 열 손실이 없다고 가정하면 한 물체가 .. 2024. 3. 28.
자유낙하 질량 충격 흡수 장치 (쇼크 옵서버, Shock Absorber) 계산 자유낙하 질량체의 경우, 충격 흡수 장치 (Shock Absorber)를 선택하기 위한 식을 아래에 나타내었다. 이 경우 총 에너지 힘은 단순히 질량에 작용하는 중력으로 인해 발생한다. (식 1) W1 = m · g · h (식 2) W2 = m · g · s (식 3) W3 = W1 + W2 (식 4) W4 = W3 · c (식 5) vD = Sqrt(2gh) (식 6) me = (2 · W3) / vD2 여기서, W1 : 충격 흡수 장치의 첫 번째 충격에서 흡수되는 에너지 (Nm) W2 : 쇼크 옵소버 스트로크에서 흡수되는 추가 에너지 (Nm) W3 : 완충 장치가 흡수하는 총 에너지 (Nm) W4 : 시간당 총 흡수 에너지 (Nm/hr) m : 감속할 질량 (kg), me : 완충 장치가 지지하는 .. 2024. 3. 27.
충격 흡수 장치 (쇼크 옵서버, Shock Absorber) 계산 자동화 기계의 진동(자유 또는 강제)을 최소화하고 조절하는 산업용 충격 흡수 장치의 대표적인 부품은 쇼크 옵서버 (Shock Absorber)이다. 일반적으로 에어 실린더에 부착된 완충 하중에 쇼크 옵서버를 배치한다. 이 방법을 통해 실린더 크기를 조정하여 부하를 이동하고 충격 흡수 장치의 크기를 조정하여 필요한 거리 내에서 부하 이동을 중지할 수 있다. 충격 흡수 장치의 크기를 결정하려면 다음과 같은 4가지 매개변수를 알아야 한다. 감속할 질량, m (kg) 충격 속도, v (m/s) 추진력, F (N) 시간당 충격 주기 수, C (1/hr) 충격 흡수 장치(Shock Absorber)는 추진력이 없는 질량체, (실린더에 의한) 추진력을 가지고 있는 질량체, 모터 구동 장치가 있는 질량체, 자유 낙하 .. 2024. 3. 27.
비어-램버트 (Beer-Lambert Law)의 법칙 및 흡광도 (Absorbance) 계산 비어-램버트의 법칙(Beer-Lambert Law)은 용액을 통과하는 빛의 전파 방향으로 용액을 통과할 때 용액의 농도와 빛의 감쇠 사이의 관계를 제공하는데, 전자기 방사선 빔이 시료 (일반적으로 용액)를 통과할 때 흡광도는 리터당 몰로 계산된 시료 농도와 시료 내 빔의 경로 길이에 따라 달라진다. 아래 식을 Beer-Lambert Law라 하며, 시료를 통과하는 빛의 흡광도(A)는 흡수 종의 농도(c)와 빛이 시료를 통과하는 경로 길이(l)에 정비례한다. 아래 식을 사용하여 빛이 전파 방향으로 모든 물질을 통과할 때 빛의 흡광도(또는 감쇠)를 계산할 수 있다. 흡광도는 입사광과 투과광의 강도의 비율이므로, 단위가 없는 양이다. (식 1) A = log10(Io/I) = ε * l * c 여기서, A :.. 2024. 3. 24.
흡음 계수 (Sound absorption coefficient) 계산 흡음 계수 (Sound absorption coefficient) 는 실제 물질에 흡수된 소리의 세기와 입사된 소리의 세기의 비율이며, 모든 물질의 흡음 특성을 나타내는 수치값이다. 흡음 계수는 α 로 표시하며, 그 값의 범위는 0에서 1까지 이며, 0은 흡수가 없으며 1은 완벽한 흡수체이다. 흡음 계수는 주파수에 따라 달라진다. 즉, 서로 다른 재질이 서로 다른 주파수의 소리를 다양한 정도로 흡수한다는 의미이다. (식 1) α = Ia / Ii 여기서, α : 흡음 계수 Ia : 흡수된 소리 (Absorbed sound)의 강도 (W/m²) Ii : 입사음 (Incident sound)의 강도 (W/m²) 이다. 소리 강도는 일반적으로 W/m2 (제곱미터당 와트) 단위로 표시한다. 일반적인 재료에 대한.. 2024. 3. 23.

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