전기치료학
물리치료의정의 물리치료는물리치료사가신체적, 정신적, 사회적건강을유지및증진하고기능장애의회복을위하여인체구조와기능을과학적으로평가, 진단하고체계적으로중재하여삶의질을향상시키는치료과학이다.
Chapter 1 전기의역사
고대그리스 탈레스 (Thales, BC 600년경 ) -호박(amber) 에서마찰전기발견 마그네스 (Magnes ) -천연영구자석발견 -Magnetite
12C~13C 낵엄 (Alexander Neckham, 1186) - 자기의이용에대해처음기록 마리쿠르 (Pierre de Maricourt, 1269) - 천연자석을이용한영구운동기계제작 - 나침반에대해서기술 - 자석의극명명 - 자기에너지를기계적에너지로변환시킬수있음을제시
16C 코페르니쿠스 (Nicolaus Copernicus, 1543) -지동설주장 바우어 (George Bauer, 1544) -호박의마찰전기대해정리 카르다노 (Girolamo Cardano, 1551) -자기와전기가다름을구분
17C 길버트 (William Gilbert, 1600) - 지구가자석임을발견 -electric 이라는말을처음사용 -De Magnet 출간 브라운 (Sir Thomas Browne, 1646) -electricity 을처음사용 게리케 (Otto von Guericke, 1672) - 정전기발생기제작
18C(Ⅰ) 혹스비 (Francis Hauksbee, 1709) - 마찰전기발생기제작 그레이 (Stephen Gray) - 사람몸이도체임발견 (1730) - 도체를통해전기가유도됨을증명 (1732) 뒤페 (Charles Francois DuFay, 1733) - 전기가흐르지않는물질을부도체라명명 - 유리전기와수지전기두종류의전기발견
18C(Ⅱ) 빈클러 (Johann H Winckler, 1733) - 전기발생기구제작 보제 (George M Bose, 1738) - 유리에서발생된전기를도체로유도하는방법소개 폰클라이스트, 반무스켄브레크 (Von Kleist, Van Musschenbroek, 1745) - 축전기의일종인라이든병 (Leyden jar) 개발
18C(Ⅲ) 플랭클린 (Benjamin Franklin, 1746) - 양전기와음전기로전기구분 - 피뢰침발명 쿨롱 (Charles Augustin de Coulomb, 1785) -Coulomb s law 정립 볼타 (Alessandro Volta, 1792) - 볼타 (Voltaic) 전지제작
19C(Ⅰ) 외르스테드 (Hans Christian Oersted, 1820) -전류와자기가밀접한관계에있음을발견 암페어 (Andre Marie Ampere, 1820) -전류측정장치개발 -암페어법칙 옴 (Georg Simon Ohm, 1827) -옴법칙정립
19C(Ⅱ) 다니엘 (John Frederic Daniell, 1836) - 다니엘전지제작 패러데이 (Michael Faraday) - 전자유도법칙발견 (1831) - 유도코일제작 (1842) 헨리 (Joseph Henry, 1842) - 라이든병방전시진동현상시사
19C(Ⅲ) 맥스웰 (James Clerk Maxwell, 1864) - 전자파존재제시 퀴리형제 (Pieere Curie, Jacques, 1880) - 초음파분야의기본인압전효과발견 헤르츠 (Heinrich Hertz, 1886) - 진동전류발생방법제시 테슬라 (Nikola Tesla, 1886) - 고주파전류발생장치고안
20C 헐 (AW Hull, 1920) -자전관(magnetron) 발명 -극초단파
Chapter 2 전기물리학
전기와전자
전기 (electricity) 전하를가진두물체가거리를두고작용하는힘 기계적인일혹은열등으로변환가능한에너지 대전 (electrification) - 중성이물체가다른물체와접촉혹은마찰하였을때전자를잃거나얻어전기를띠게되는현상
물질 (matter) 물체를이루는기본재료 순물질 - 한종류의물질로만되어있는것 혼합물 - 몇종류의물질이섞여있는것 화합물 - 두종류이상의원소로이루어진순물질 고체, 액체, 기체상태로존재
원자 (atom) 물질의기본단위이며, 분자를이룸 양성자, 중성자, 전자로구성
원자의중심 원자핵 (nucleus) 양성자와중성자가핵력에의해묶여있음 원자질량의 99.95% 차지
양성자와중성자 양성자 (proton) - 양전하를띰 - 양성자수에의해원소의종류결정 중성자 (neutron) - 전기적으로중성 - 양성자와함께원자의질량수결정 - 일반적으로양성자와수, 질량이같음
전자 (electron) 음전하를띰 핵주위의전자각혹은원자궤도를회전 중성인원자에서는양자와같은수를가짐 원자질량의 0.05% 차지 원자부피의대부분차지
동위원소 (isotope) 전자수는같지만원자핵의질량이나 중성자수가다른원소 원자번호와화학적성질은같지만, 질 량수와중성자수가다름 1 H, 2 H, 3 H
수소의동위원소
물질의결합
분자 (molecule) 물질본래의성질을그대로유지하고있는가장작은입자 원소들이화학적으로결합된원자의집합체 분자식 - 원자기호를사용하여분자를구성하는원자의종류와수를나타낸식 -H 2 O, H 2
분자모형
이온 (ion) 원자가전하의평형을잃고극성을가지게되는것 음이온 (anion, negative ion) - 원자가전하를얻어음전하를띠는것 - 예 ) Cl + e - Cl - 양이온 (cation, positive ion) - 원자가전자를잃어양전하를띠는것 - 예 ) Na - e - Na +
해리 이온화 해리 (dissociation) - 이온으로이루어진전해질이물에녹아음이온과양이온으로나뉘는현상 - NaCl + H 2 0 Na + + Cl - 이온화 (ionization) - 분자상태의물질이물에녹아이온이되는현상 - HCl + H 2 0 H + +Cl -
전리 전류를흘렸을때어떤물질이분자나이온으로나뉘어지는것 H 2 O + 전류 H + + OH -
공유결합 (covalent bond) 2 개이상의원자가최외각전자를공유하여서로결합된것 실리콘 (Si) 결정원자의구조
이온결합 (ionic bond) 양이온과음이온이정전기력에의해결합한것 예 ) Na + + Cl - Na + Cl -
금속결합 (metalic bond) 금속원자의양이온들과자유전자의상호작용으로결합된것 자유전자 (free electron) -한원자에구속되지않고자유로이움직일수있는전자 -금속에서전류가흐르는원인이됨
반데르발스결합 (van der Waals bound) 극성분자사이, 비극성분자사이, 극성분자와비극성분자사이에전기적인력에의해분자가결합되는것 물질의결합력사이에서가장약함 거리의 7 제곱에반비례
전하와전류
전하 (electric charge) 대전된물체가가지고있는전기혹은그전기의양 1C ( 쿨롱 ) -1A 의전류가 1 초동안에운반하는전기량 표2-1. 소립자의질량과전하량 입자 질량 (kg) 전하량 (C) 양성자 1.673ⅹ10-27 +1.602 ⅹ10-19 중성자 1.675ⅹ10-27 0 전자 9.110ⅹ10-31 -1.602 ⅹ10-19
전하 (electric charge) 인력과척력을가짐 쿨롱법칙 (F: 전기력, k: 비례상수, Q: 전하량, r: 거리 ) F k QA Q r 2 B
정전기 (static electricity) 마찰전기 (frictional electricity) -마찰에의해전기가발생되는것 정전기 (static electricity) -마찰전기처럼대전된도체위에정지하고있는전기 -흐르는전류 (current electricity) 와대비
전자의흐름 전류 (electric current) 전류의방향 - 양전하가흐르는방향 ( 관례 ) [ 전자와전류의흐르는방향 ]
전류 (electric current) 전류가두점사이에존재하기위한조건 -전하가흐를수있는길이있어야함 -두점사이에전위차가있어야함 전류의세기 -임의의점을통과하는전하의비율 (I: 전류세기, Q: 전하량, t: 단위시간 ) I Q / t
전기의전도
도체 (conductor) 전자가자유롭게움직일수있는물질 전도도에따라양도체와부분도체로구분
절연체 (insulator) 전자가원자나분자에구속되어움직일수없는물질 유전체 (dielectric substance) 혹은부도체 (non conductor) 라고도함 비금속고체, 일부의액체, 기체
반도체와초전도체 반도체 (semiconductor) - 전기전도도가도체와부도체의중간 - 전류의흐름이외부환경에의해좌우됨 초전도체 (superconductor) - 온도에따라전도도가변화되는물질 초전도도 (super conductivity) - 절대온도에서저항이 0 이되는것
전류전도형태 전도전류 (conductive current) -도체를따라흐르는전류 -금속내자유전자의흐름에의해발생 -자계와열이발생됨 이온화전류 (ionic current) -이온에의해흐르는전류
전류전도형태 변위전류 (displacement current) -유전체( 반도체나절연체 ) 를통해서전하가이동하는현상 -축전기판사이혹은반도체부품에서동작의원인이됨 -유도자기장발생
기전력과전압 기전력 (electromotive force) - 전압을연속적으로만들어주는힘 - 외부회로와연결되지않은상태에서전기적에너지원의양끝에존재하는전위차 전압 (voltage) - 두점간의전위차 - 전하를흐르게하는전기적인힘 - 전위 (electric potential)
전력 (electric power) 전기에너지가다른형태의에너지로변환되어일할때단위시간당일하는능력 1 초당 1joule 의일을하는능력 (P: 전력, I: 전류, V: 전압 ) P I V
전원과부하 부하 (electric load) -전기에너지를소비하는모든장치 전원 (electric source) -부하에전기에너지를공급하는장치 -전류전원 -전압전원
전압전원과전류전원 전압전원 -부하에일정한크기의전압공급 -직류와교류가있음 전류전원 -부하에일정한크기의전류공급 [ 전원의기호 ]
전류계와전압계 전류의크기에따라세기가다른자장과외부의고정된자석이상호작용하는힘의크기를이용 [ 전압 전류계의구조와원리 ]
전압 전류측정법 전압 -측정하려는회로와전압계를병렬로연결 전류 -전류가흐르고있는회로와전류계를직렬로연결
디지털저전류계
전류의효과
열효과 (Ⅰ) 전류가도체를흐를때저항을받아전기에너지가열에너지로전환 단위시간 (t) 동안저항 (R) 을가진도체에전류 (I) 가도체에일을하는양 (W) W VIt I 2 Rt(J) 주울법칙 (Joule s law) H I 2 Rt(J)
열효과 (Ⅱ) 열량 -1g의물을1 C 올리는데필요한열량 -단위는칼로리 (cal) -1cal = 4.184J -1J=0.24cal 도체내에서발생된총열량 H 0.24I 2 Rt (cal)
열효과 (Ⅲ) 직접효과 (direct effect) - 직류나저주파전류를인체에통전하였을때, 각종전해질을포함하고있는인체조직의전기적저항에의해열이발생되는것 간접효과 (indirect effect) - 고주파전류를인체에통전하였을때고주파의진동이인체조직분자들을심하게요동시켜분자간충돌을일으킴으로써열에너지가발생되는것
화학적효과 전해질 (electrolyte) - 물에녹아이온화 (ionization) 되는물질 - 도체 화학적효과는직류에서만나타남 응용 - 전기도금, 전기판제작 - 의용평류치료, 이온도입치료
전해질의전기분해 일차반응 (primary reaction) -이온의재분포 ( 재배치 ) 현상 -음이온은양극, 양이온은음극으로재분포 -물분자의전리 이차반응 (secondary reaction) -일차반응에의해재분포되어새로운화학물질이생성
H 2 O+NaCl 일차반응 : Na + ( 음극 ) + Cl - ( 양극 ) 이차반응 4Na+4H 2 O 4NaOH+2H 2 ( 음극 ) 4Cl+2H 2 O 4HCl+O 2 ( 양극 )
전자기효과 도체에전류를흘리면자석처럼자계가발생 자기 (magnetism) - 자성체를흡인하는성질 자석 (magnet) - 자기를띤물질 -N 극과 S 극이있음 - 인력과척력을가짐 - 자기유도성질을가짐 - 자기장이형성됨
자기유도와자기장 자기유도 (magnetic induction) - 어떤물질에자기의성질을전달 자기장 (magnetic field) - 자석주위에자기력이작용하는범위 - 자력선형성 [ 자기유도현상 ]
자력선 (magnetic force line) 자기장에서자력을나타내는가상적인선 N 극에서출발, S 에서끝남 가장짧은거리에서형성 서로교차되지않음 오른나사법칙
자기장의세기 (B: 자기장세기, I: 전류, r: 수직거리, k: 비례상수 ) I B k r
전자기유도 자기에의해전류가발생하여코일속을지나는자속이변화함에따라코일에기전력이유도되는현상 ( 즉, 자석으로전기를만듬 )
유도기전력과유도전류 유도기전력 (induced emf) -전자기유도에의해형성되는기전력 -코일을관통하는자속의시간적변화율, 코일감은횟수, 상승면적에비례 유도전류 (induced current) -유도기전력에의한전류
인덕터와인덕턴스 인덕터 (inductor) - 전류의변화에따라자기유도기전력이발생되는회로요소 인덕턴스 (inductance) - 인덕터가전류를유도시키는능력 - 코일감은횟수, 폭, 길이, 단면적, 자성체에따라다름
자기유도 (self-induction) 코일에흐르는전류를변화시켰을때코일자체의주위에자기장이형성되어기전력이발생하는것 유도기전력 -자기유도에의해발생 -외부자기속의변화에반대방향으로형성 ( 역기전력 )
상호유도 (mutual induction) 코일에흐르는전류를변화시켰을때다른코일에도유도기전력이발생하는것 [ 자기유도 ] [ 상호유도 ]
국소전류 (eddy current) 변화하는자기장내에있는도체에서자력선이도체를통과할때자력선과직각을이루며형성되는원형의전류 열효과발생 ( 주울의법칙 )
전기와물및혈액과의비교 전류 물 혈액 전류량 (amperage) 수량 (rate of flow) 혈류량 전압 (voltage) 수압 (pressure) 혈압 발전기 (dynamo) 펌프 (pump) 심장 전력 (wattage) 수력 (water power) 전선 (conductor) 관 (pipe) 혈관 스위치 (switch) 판 (valve) 판막 스위치폐쇄 (switch close) 개판 (valve open) 스위치개방 (switch open) 폐판 (valve close) 전기회로 (electric circuit) 수로 (water circuit) 혈관망 누전 (short circuit) 누수 (pipe leaking) 출혈 회로개방 (open circuit) 폐관 (pipe stopped up) 전압계 (voltmeter) 압력계 (water meter) 혈압계 전류계 (ammeter) 유수계 (pressure gauge) 혈류측정기
[ 물과전기의비교 ] U자관 도체고무막 절연체피스톤압력 전압물의흐름 - 전류
전기용어와단위
전기양의기호와단위및명칭 양 기호 기본단위 명칭 전하 (charge) Q C Coulomb 전류 (current) I A (C/s) ampere, coulomb per second 전압 (voltage) V V volt 기전력 (EMF) E V volt 전력 (power) P W (erg/s) watt, erg per second 저항 (resistance) R Ω ohm 리액턴스 (reactance) X Ω ohm 임피던스 (impedance) Z Ω ohm 인덕턴스 (inductance) L H henry 전기용량 (capacitance) C F (C/s) farad 주파수혹은진동수 f Hz (cps, pps) hertz, cycle per second pulse per second 비저항 (resistivity) ρ Ω m ohm meter 도전율 (conductance) σ Ω ohm 전기전도도 (conductivity) S siemens 자기력밀도 (magnetic flux dencity) T tesla 자기력선속 (magnetic flux) ф Wb weber
전하와전류 전하량 (Q) -1A의전류(I) 를 1초 (t) 동안흘렸을때의전기량 Q I t(c) 전류 (electric current) -전위차가있는두지점간의도체를흐르는전자의이동 -1A : 1초당6.24ⅹ10 18 개의전자흐름 I Q/ t V / R(A)
전압과기전력 전압 (voltage) -1Ω 의저항을통해 1A의전류를운반하는데필요한기전력 1V V 1 J I / C R (V) 기전력 (electromotive force) -계속해서전압을만드는힘 E A R(V)
전력량과전력 전력 -단위시간당(1초) 전기기구에공급되는전기에너지 V I t P W / t V I(W) t 전력량 -어느시간동안(h) 사용한전기에너지의총량 W V I t(j or Wh)
저항 (resistance) 전류의흐름을방해하는반작용 고유저항 (specific resistance, 비저항 ) -물질의종류에따라저항이다름 저항크기 (R: 도체저항, ρ: 비저항, L: 길이, A: 단면적 ) R L A
옴법칙 (Ohm s law) 전류 (I) 는전압 (V) 에비례하고저항 (R) 에반비례 I V R
비저항 도전률 비저항 (specific resistance) -단위길이에대한물질의전기저항 도전율 (conductance) -전기전도율, 비전기전도도 -저항의역수 -전류가잘흐르는척도 1 / R( )
도체와절연체 양도체 부분도체 절연체 금속 종이 호박및유리 탄소 알코올 딱딱한고무 흑연 등유 파라핀 수용액 보통물 증류수 산 젖은공기 마른공기 젖은나무 마른나무 초자, 도자기
주파수와파장 주파수 (frequency) -크기와위상을가진전류가주기적으로 1초동안반복되는횟수 파장 (wave length) - 파에서동일위상에있는서로인접한두점간의거리
임피던스와콘덴서 임피던스 (impedance) -전기회로내에서교류전류가흐를때저항과같이작용하는모든저항성분 콘덴서 (condenser) -정전유도를이용하여전기를축전하는도구
정전용량과용량리액턴스 정전용량 (capacitance) -1V 의전압을가했을때극판에 1C 의전하를축전하는용량 C Q /V (F) 용량리액턴스 (capacitive reactance) - 교류회로에서정전용량에의하여발생하는리액턴스를 용량성리액턴스 (Capacitive reactance) 라고한다 - 용량 ( 콘덴서 ) 이교류를흐르지못하게방해하는정도를말하며단위는저항과마찬가지로오옴을사용한다. 용량리액턴스는용량이클수록적어지며또주파수가높을수록적어진다.
인덕턴스와인덕터 인덕턴스 (inductance) -코일에전류가흐를때전류흐름을방해하는요소 인덕터 (inductor) -회로에인덕턴스를만들기위해사용하는전선코일
전기화학당량 (electrochemical equivalent, ECE) 전해질에서 1C 의전기량으로석출되는물질의양 ( 전기분해때 1 쿨롱의전기량에의하여전해용액으로부터추출되는원자혹은원자단의그램수 )
회로소자표시법