유압 아날로지와 전기-유체 아날로지
여러 분기와 병렬 요소를 가진 모든 회로, 유체나 전기 모두에 대해, 어떤 단면을 통한 유량은 같아야 합니다. 이는 때때로 연속의 원리라고 불립니다. 유압학에서는 유량이 펌프 특성과 루프의 마찰 손실이 교차하는 지점에서 안정화됩니다. 비슷하게 전기 회로의 경우, 전류는 R x I가 소스 전압과 같아질 때 안정화됩니다.
유압 아날로지
유압 아날로지, 또는 전기-유체 아날로지는 유압과 전기 사이의 널리 사용되는 비유로, 회로 작동 방식을 이해하는 데 어려움을 겪는 사람들과 교육에 유용한 도구입니다. 이는 열 전달 문제에도 적용될 수 있습니다.
전기 전류는 보이지 않으며 전자기기에서 작용하는 과정은 종종 시연하기 어렵기 때문에, 다양한 전자 부품은 유압 등가물로 표현됩니다. 전압과 전류 사이의 관계는 오옴의 법칙에 의해 정의됩니다(저항기와 같은 옴성 장치에서). 오옴의 법칙은 Hagen-Poiseuille 방정식과 유사하며, 둘 다 각각의 시스템에서 플럭스와 잠재력을 관련시키는 선형 모델입니다.
전기의 유체 아날로지
전기(뿐만 아니라 열)는 원래 유체의 일종으로 이해되었으며, 특정 전기량의 이름(예: 전류)은 유압 등가물에서 유래합니다. 전압은 호스를 통해 물을 밀어내는 압력 차이와 같습니다. 볼트(V)로 측정됩니다. 이 모델은 물이 수평으로 흐르므로 중력의 영향을 무시한다고 가정합니다. 전류는 유압 체적 유량과 동등합니다; 즉, 시간에 걸쳐 흐르는 물의 부피적 양입니다. 암페어로 측정됩니다. 파이프가 넓을수록 더 많은 물이 흐릅니다. 암페어(또는 A)로 측정됩니다.
전기 부품과 유체 아날로지
전기 충전은 물의 양과 동등합니다. 저항은 호스 내의 장애물 또는 파이프 직경과 같아서 물 흐름을 늦춥니다. 옴(Ω)으로 측정됩니다. 유압학에서 저항은 압력 손실 계수와 관련이 있습니다. 배터리는 호스를 통해 물을 순환시키는 물 펌프로 생각할 수 있습니다. 펌프는 DC 회로의 이상적인 전압 또는 전류 소스에 해당합니다.
저항기는 파이프 네트워크의 일부 구간에서 파이프의 반경이 좁아져 해당 영역에서 유체 흐름률을 제한하는 것과 비슷하며, 저항기가 전류를 제한하는 방식과 같습니다. 전선과 펌프의 관계는 상당히 직관적입니다. 구리선은 물이 가득 찬 파이프와 직접 비교됩니다. 전선 자체의 저항은 파이프를 통해 흐르는 물에 대한 저항과 비슷합니다.
커패시터, 인덕터, 다이오드 및 트랜지스터의 아날로지
커패시터는 양쪽 끝에 연결이 있고 중간에 막으로 나뉘어진 탱크(유압 축적기)와 같습니다. 시스템의 펌프가 물을 밀기 시작하면, 막은 해당 물의 압력에 반응하여 늘어납니다. 이 늘어남의 중요성은 전기 회로에서의 전압 강하와 비교할 수 있으며, 커패시터의 방전은 마찬가지로 막이 원래 크기로 돌아가는 것과 비교할 수 있습니다.
인덕터는 유체 흐름에 놓인 무거운 패들 휠과 같습니다. 휠의 질량과 블레이드의 크기는 물의 유량(전류)이 휠을 통해 빠르게 변화하는 능력을 제한하지만, 시간이 지나면 꾸준히 흐르는 물줄기는 대부분 휠을 통과하며, 휠이 물 흐름의 속도로 회전합니다.
다이오드는 유압 아날로지에서 방향 제어 밸브와 비교적 잘 비교됩니다. 트랜지스터는 제어 밸브와 같습니다. 우리는 흐름(켜짐/꺼짐)을 제어하거나 흐름 속도(전류)를 제어하는 데 사용할 수 있습니다.
오옴의 법칙에 대한 유압 아날로지
유압 아날로지는 때때로 오옴의 법칙을 설명하는 데 사용됩니다. 전기 전류의 흐름에 대한 오옴의 법칙과 유체의 매끄러운 흐름에 대한 Poiseuille의 법칙은 같은 형식입니다. 이 법칙에 따르면, 전압, 전류, 저항은 모두 관련이 있습니다. 회로에서 이 중 하나를 변경하면 다른 것들도 변경됩니다. 구체적으로, 전압은 전류와 저항을 곱한 것과 같습니다.
오옴의 법칙: V = I · R
물에 관해서 생각해 보면, 호스에 모래를 넣고 압력을 같게 유지하면, 호스의 지름을 줄이는 것과 같습니다. 그러면 더 적은 물이 흐를 것입니다. 우리는 구멍 제한기를 통한 물 흐름률이 제한기를 가로질러 있는 물 압력 차이에 비례한다고 말합니다. 마찬가지로, 전기 저항기를 통한 전기 전하의 흐름률, 즉 전기 전류는 저항기를 가로질러 측정된 전압 차이에 비례합니다.
