커패시터의 에너지와 시간상수 (Capacitor - Time and Energy) 계산

전자 장치 및 전기 회로의 경우 에너지는 일반적으로 배터리나 커패시터 (Capacitor)에 저장된다.

 

커패시터는 진공 또는 유전체에 의해 전기적으로 분리된 두 개의 평행한 금속(전도성) 판으로 구성되어 있다. 커패시터에 전하를 저장하는 능력을 커패시턴스 (Capacitance)로 나타내며, 단위는 패럿 (F) 또는 마이크로패럿 (μF)을 사용한다.

 

그림 1. 커패시터 회로

 

아래의 계산기는 정전용량 (Capacitance) 값과 그에 따른 전압을 고려하여 커패시터에 저장된 에너지 값을 계산하며, 저항값을 입력하여 시간상수 (Time Constant)를 계산한다.

시간 상수는 회로에 전압 변화가 인가된 후 커패시터의 전압이 최종 값의 약 63.2%에 도달하는 데 필요한 시간 측정값이다.

 

(식 1) Q = C * V

(식 2) W = ½ QV = ½ CV²

(식 3) τ = R * C

 

C : 정전용량 (μF, 마이크로패럿)

V : 커패시터 양단 전압 (V)

Q : 커패시터 전하 (C)

W : 저장된 에너지 (J)

R : 부하 저항 (Ohm)

τ : 시간상수 (s)

 

전압, V (V) :

정전용량, C (μF) :

부하 저항, R (Ohm) :

     

Energy, W (J) :

Time Constant, τ (s) :

 

예를 들어, 인가된 전압이 50 mV  이고 정전용량이 5 패럿인, 커패시터 충전량을 계산해보자.

Q = C × V = 5 F X 0.05 V= 0.25 C 이다.