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RC·RL 회로 시뮬레이터

이 시뮬레이션의 방정식

τ = R C (RC), τ = L ÷ R (RL)
R저항 R (옴, 10의 거듭제곱)전류를 제한한다
C전기 용량 C (µF)축전기가 1볼트당 저장하는 전하량
L인덕턴스 L (mH)코일이 전류 변화에 맞서는 정도
τ시간 상수τ 한 번이면 변화의 63%, 다섯 번이면 99% 넘게 끝난다

현재 값을 넣으면:

충전: V_C = V (1 − e^(−t/τ)), I = (V ÷ R) e^(−t/τ)
V전지 전압 V (볼트)
V_C축전기 전압V를 향해 오른다. 방전할 때는 V₀ e^(−t/τ)로 떨어진다
I도선의 전류스위치가 닫히는 순간 가장 크고 그 뒤 줄어든다
t스위치를 바꾼 뒤 지난 시간

현재 값을 넣으면:

켤 때: I = (V ÷ R)(1 − e^(−t/τ)), V_L = V e^(−t/τ)
V_L인덕터 전압코일은 변화에 맞선다: 처음에는 V 전부가 걸리고, 전류가 일정해지면 0

현재 값을 넣으면:

E = ½ C V_C² (RC), E = ½ L I² (RL)
E저장된 에너지극판 사이의 전기장, 또는 코일의 자기장에 저장된다

현재 값을 넣으면:

RC·RL 회로 시뮬레이터 사용법

  1. 저항과 축전기, 또는 저항과 인덕터를 고르고 전지 전압, R, C, L을 정합니다. 스위치는 바로 닫힙니다. 파란 점은 도선을 따라 흐르는 전자이며 전류가 클수록 빠릅니다. 축전기에서는 극판에 전하가 쌓이고 그 사이 전기장이 커지며, 코일에서는 자기력선이 밝아집니다.
  2. 스위치 전환을 누르면 전지가 회로에서 빠집니다. 축전기는 저항을 통해 방전하고, 코일은 자기장이 사라지는 동안 잠시 전류를 계속 흘립니다. 전환할 때마다 그 순간 회로 상태에서 새 지수 곡선이 시작됩니다.
  3. 시간 상수, 전류, 전압을 읽고 아래에서 계산한 식과 곡선을 비교합니다. 실제 시간 상수는 마이크로초에서 몇 분까지 다양하므로, 시계는 10초마다 정해진 수의 τ가 지나도록 조정됩니다. RC 시정수 계산기로 τ와 어느 순간의 전압을, 옴의 법칙 계산기로 V, I, R의 관계를 구할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

RC 회로의 시간 상수는 무엇인가요?

τ = R × C로, R이 옴이고 C가 패럿이면 단위는 초입니다. 충전하는 축전기가 전지 전압의 63%에 이르는 시간, 또는 방전하는 축전기가 37%로 떨어지는 시간입니다. 5τ가 지나면 99% 넘게 진행되어 보통 완전히 충전된 것으로 봅니다. 1 kΩ과 470 µF이면 0.47 s입니다.

축전기는 왜 지수적으로 충전되나요?

충전 전류는 전지 전압과 축전기 자신의 전압 차이로 흐릅니다. 축전기가 찰수록 그 차이가 줄어들어, 전류는 남은 양에 비례해 줄어듭니다. 남은 양에 비례하는 속도가 바로 지수 함수를 만듭니다: V_C = V (1 − e^(−t/τ)).

회로에서 인덕터는 무엇을 하나요?

자기 양 끝에 V_L = L dI/dt의 전압을 만들어 전류의 모든 변화에 맞섭니다. 스위치를 닫으면 처음에는 전지 전압을 모두 떠맡고 전류를 τ = L ÷ R로 천천히만 키우며, 전원을 빼면 한동안 전류를 계속 흘립니다. 그래서 릴레이 코일을 끌 때 불꽃이 튈 수 있고, 그런 코일에는 다이오드를 병렬로 답니다.

전자가 정말 이렇게 빨리 움직이나요?

아니요, 점은 실제 전자보다 훨씬 빠르게 그렸습니다. 몇 밀리암페어가 흐르는 구리선에서 전자는 1초에 1밀리미터의 몇 분의 1만 이동합니다. 그런데도 전류가 회로 전체에서 거의 동시에 흐르기 시작하는 것은, 전기장이 거의 빛의 속력으로 퍼져 모든 전자를 한꺼번에 밀기 때문입니다. 가득 찬 관 속의 물과 같습니다.

WebGL이 꺼져 있다고 나옵니다.

3D 화면에는 WebGL이 필요하며, 최신 브라우저는 모두 지원합니다. 브라우저 설정에서 하드웨어 가속이 꺼져 있거나 그래픽 드라이버가 매우 오래되면 비활성화될 수 있습니다. 하드웨어 가속을 켜거나 다른 브라우저를 사용해 보세요.

무언가 업로드되나요?

아니요. 시뮬레이션은 사용자의 브라우저가 WebGL로 직접 그립니다. 어디에도 전송되지 않으며, 페이지를 한 번 불러오면 오프라인에서도 계속 작동합니다.

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