Journal of Science Education (과학교육연구지)

Science Education Research Institute Kyungpook National University (경북대학교 과학교육연구소)
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Displacement Current in a Parallel Plate Capacitor Biased by DC Voltages

직류전압을 건 평행판 축전기에서 변위전류 고찰

  • Received : 2021.06.14
  • Accepted : 2021.08.09
  • Published : 2021.08.31
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Abstract

In this study, we derived several formulas for magnetic fields and induced voltages in a parallel plate capacitor biased by DC voltages. The computer simulation based on the derived formulas reveals that the magnetic fields due to the displacement current fall within the range of 10-10T to 10-9T and thence the experiment for the displacement current is not possible because the magnetic field sensor used in Data Logger could measure the magnetic fields of above 10-5T range. Contrary to this, the computer simulation confirms that the induced voltages in a toroidal coil due to the displacement current range measurable values of 0.002~0.021V. The results imply that the displacement current can be confirmed by measuring the induced voltages in a toroidal coil inserted into a parallel plate capacitor under DC biasing.

본 연구에서는 고등학교 학생들의 변위전류에 대한 궁금증에서 출발하여 직류전압이 걸린 평행판 축전기에서 자기장과 축전기에 삽입한 토로이드 코일에 유도되는 유도전압에 관한 몇 가지 공식을 얻었다. 이 공식을 바탕으로 통상적인 실험조건에 맞는 컴퓨터 계산 결과, 자기장은 MBL 장치의 자기장 센서로는 측정이 불가능한 매우 작은 값으로 나왔으나, 유도전압은 저항 R값에 크게 의존하지만 전압센서로 측정이 가능한 범위의 값으로 나타났다. 따라서 직류전원을 사용하여 평행판 축전기에서 변위전류를 확인하기 위해서는 적당한 토로이드 코일을 축전기에 삽입하여 이것에 유도되는 유도전압을 측정하는 방법이 유용하다. 덧붙여서, 직류전압을 평행판축전기에 인가하여 변위전류를 확인하고자 하는 실험에서는 저항 R값의 선택이 매우 중요한 실험변수가 된다.

Keywords

References

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