전류의 화학작용과 전지 - 축전지

 

1. 전기분해

   ▣ 물에 전기를 흘려서 물을 산소와 수소를 분해하는 것

 가. #전지

   ▣ 물질의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 것

   ① 화학전지 : 화학반응을 이용

   ② 물리전지 : 빛에너지, 열에너지, 위치에너지 등을 이용

 나. #전해질 : 물에 용해되어 전류가 잘 흐르게 할 수 있는 물질

 다. #전기분해 : 전해액에 전류가 흘러 화학변화를 일으키는 현상

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2. 전지의 종류

가. 전지의 종류

   ① 1차 전지 : 한번 방전하면 재차 사용할 수 없는 전지 (망간 건전지)

   ② 2차 전지 : 방전방향과 반대방향으로 충전하여 몇 번이고 계속 사용할 수 있는 전지 (납·알칼리 축전지)

 나. 연(납)축전지 : 2차 전지의 대표적인 것으로 연축전지(Lead storage batter)가 있다.

   ① 양극 : 이산화납 (PbO2)

   ② 음극 : 납(Pb)

   ③ 전해질 : 묽은 #황산

   ④ 비중 : 1.2 ~ 1.24

   ⑤ 공칭전압 : 2 [V/cell]

   ⑥ 공칭용량 : 10 [Ah]

   ⑦ 화학반응식

 

다. #알칼리축전지 (니켈카드뮴전지)

   ① 양극 : 수산화니켈 (Ni(OH)2)

   ② 음극 : 카드뮴 (Cd)

   ③ 전해액 : KOH

   ④ 비중 : 1.2 ~ 1.25

   ⑤ 공칭전압 : 1.2 [V/cell]

   ⑥ 공칭용량 : 5[Ah]

   ⑦ 화학반응식

 

3. 전지에 나타나는 이상 현상 (기전력의 감소)

가. #분극 (상극) 현상

  ▣ 전지에 부하를 걸면 양극(구리판)에 수소가 달라 붙어 전류흐름을 방해하는 현상 (기전력의 감소현상)

 

나. #국부작용 (국부방전)

  ① 전지의 전극에 사용하고 있는 아연판이 불순물에 의한 전지작용으로 인해 자기방전하는 현상

  ② 전지를 쓰지 않고 오래두면 못쓰게 되는 현상

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4. 전지의 접속

가. 전지의 기전력과 #단자전압

  ① #기전력 : 전류를 흐르게 하는 에너지원의 원천

    ⊙ 기전력 E = Ir + IR = I (r+R)

  ② 단자전압 : 부하(저항)에 걸리는 전압 - 기전력에서 내부저항의 전압강하를 뺀 전압

    ⊙ 단자전압 V = E - Ir

 

 나. 전지의 #직렬 접속

 

   ▣ 전지의 개수 n, 내부 저항r, 외부 저항R일때 총 저항은 nr + R, 총 기전력은 nE​ 이므로 회로에 흐르는 전류 ​I 는​

 다. 전지의 #병렬 접속

 

▣ 전지의 개수 n, 내부 저항r, 외부 저항R일때 총 저항은 R+r/n, 총 기전력은 nE이므로 회로에 흐르는 전류 I 는

다. 직 · 병렬 접속

  ▣ 같은 전지 n개를 직렬로 접속한 것을 m줄 만들어 이 m줄을 병렬로 접속하면​

5. 충전방식

 가. 보통충전방식

   ▣ 필요할 때 마다 표준시간로 소정의 충전을 하는 방식

 

 나. 급속충전방식

   ▣ 단시간에 보통 전류의 2~3배로 충전하는 방식

 

 다. #균등충전방식

   ▣ 부동충전방식을 사용 시 각 셀(cell)에 일어나는 전위차를 보정하기 위하여 1~3개월 마다 1회의 정전압 10~12시간을

        충전하여 각 셀(cell)용량을 균일화하는 방식

 

 라. #부동충전방식

 

  ① 축전지의 자기방전을 보충함과 동시에 상용부하에 대한 전력공급을 충전기가 부담하고, 충전기가 부담하기 어려운

       일시적인 대전류 부하는 축전지로 하여금 부담하게 하는 방식

  ② 회로 계통

⊙ 교류 → 변압기 → 정류회로 → 필터 → 부하 보상 → 부하                                                       ⊥→ 전지

마. #세류충전방식

   ▣ 자기방전량만을 상시 충전하는 부동충전방식

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6. #축전지 용량​

              여기서, C : 축전지용량 [Ah], L : 보수율, K : 충전시간계수 [h], I : 방전전류[A]

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【 출제 예상 문제】

​1. 전압 1.5[V], 내부저항 0.2[Ω]의 전지 5개를 직렬로 접속하면 전전압은 몇 [V]인가? ④

    ① 1.5           ② 3.0              ③ 4.5                     ④ 7.5

[해설] 직렬접속시의 전전압 Vo = n V = 5 × 1.5 = 7.5 [V]

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2. 기전력 3.6[V], 용량 600[mAh]인 축전지 5개를 직렬 연결할 때의 기전력 V와 용량은 ? ④

   ① 3.6 [V], 3[Ah]          ② 18[V], 3 [Ah]      ③ 3.6 [V], 600 [mAh]    ④ 18 [V], 600 [mAh]

[해설] 전지의 직렬접속 : 전압(기전력)은 n배가 되고 용량은 불변이다.

                                        ⊙ 기전력 = 3.6 × 5개 = 18 [V], 용량 = 600 [mAh]

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3. 기전력이 1.5[V]이고 내부저항이 10[Ω]인 건전지 4개를 직렬연결하고 20[Ω]의 저항R을 접속하는 경우,

     저항 R에 흐르는 ㉠ 전류 I[A]와 ㉡ 단자전압 V[V]는 ? ①

    ① ㉠ 0.1 [A], ㉡ 2 [V]                  ② ㉠ 0.3 [A], ㉡ 6 [V]

    ③ ㉠ 0.1 [A], ㉡ 6 [V]                  ④ ㉠ 0.3 [A], ㉡ 2 [V]

[해설] 전지의 직렬접속​

4. 수신기에 내장하는 전지를 쓰지 않고 오래 두면 못쓰게 되는 이유는 다음 중 어떠한 작용 때문인가 ? ③

   ① 충전작용              ② 분극작용             ③ 국부작용              ④ 전해작용

[해설] 국부작용 : 전지의 전극에 사용하고 있는 아연판이 불순물에 의한 전지작용으로 인 해 자기 방전하는 현상.

                            전지를 쓰지 않고 오래두면 못 쓰게 되는 현상

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5. 수신기에 내장된 축전지의 용량이 6[Ah]인 경우 0.4[A]의 부하전류로 몇 시간 동안 사용할 수 있는가 ? ②

    ① 2.4시간                  ② 15시간                  ③ 24시간                    ④ 30시간

[해설] 축전지 용량

6. 용량이 같은 축전지 2개를 병렬로 연결하면 어떻게 되는가 ? ④

   ① 전압과 용량이 모두 2배가 된다.                      ② 전압과 용량이 모두 1/2배가 된다.

   ③ 전압은 2배가 되고 용량은 일정하다.               ④ 전압은 일정하고, 용량은 2배가 된다.

[해설] 축전지의 병렬연결 : 전압은 일정, 용량은 2배

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7. 전지의 자기방전을 보충함과 동시에 상용부하에 대한 전력공급은 충전기가 부담하도록 하되, 충전기가 부담하기

    어려운 일시적인 대전류 부하는 축전지가 부담하게 하는 충전방식은 ? ②

   ① 급속충전           ② 부동충전                ③ 균등충전                 ④ 세류충전

[해설] 부동충전방식 : 축전지의 자기방전을 보충함과 동시에 사용부하에 대한 전력공급은 충전기가 부담하고, 충전기가

                                   부담하기 어려운 일시적인 대전류 부하는 축전지가 부담하게 하는 방식

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8. 알칼리 축전지의 음극재료는 ? ②

   ① 수산화니켈             ② 카드뮴                  ③ 이산화연                  ④ 연

[해설] 알칼리 축전지 : 양극재료 : 수산화니켈, 음극재료 : 카드뮴