능동 장치의 실용적 이점
능동 장치 의 실질적인 이점은 증폭 능력 입니다 . 문제의 장치가 전압 제어이든 전류 제어이든, 제어 신호에 필요한 전력량은 일반적으로 제어된 전류에서 사용 가능한 전력량보다 훨씬 적습니다. 다시 말해, 능동 장치는 전기가 전기를 제어할 수 있도록 하는 것이 아니라 소량 의 전기가 대량 의 전기를 제어할 수 있도록 합니다 .
제어하는 전력 과 제어되는 전력 사이의 이러한 차이 때문에 , 능동 장치는 소량의 전력(제어)을 적용하여 대량의 전력(제어)을 제어하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 동작을 증폭 이라고 합니다 .
기계의 에너지 보존 법칙
에너지는 생성되거나 파괴될 수 없다는 것은 물리학의 기본 법칙입니다. 공식적으로 이 법칙은 에너지 보존 법칙으로 알려져 있으며, 지금까지 예외는 발견되지 않았습니다. 이 법칙이 사실이라면(그리고 엄청난 양의 실험 데이터가 그렇다고 시사합니다) 소량의 에너지를 취해 마법처럼 대량의 에너지로 변환할 수 있는 장치를 만드는 것은 불가능합니다. 전기 및 전자 회로를 포함한 모든 기계의 효율 상한은 100%입니다. 기껏해야 아래 그림과 같이 전력 출력은 전력 입력과 같습니다.
기계의 출력 전력은 100% 효율을 상한으로 하는 입력 전력에 근접할 수는 있지만 초과할 수는 없습니다.
일반적으로 기계는 이 한계를 충족하지 못하고, 입력 에너지의 일부를 열의 형태로 잃어버리고, 이는 주변 공간으로 방사되므로 출력 에너지 흐름의 일부가 되지 않습니다. (아래 그림)
현실적인 기계는 입력 에너지의 일부를 열로 손실하여 출력 에너지 흐름으로 변환하는 경우가 가장 많습니다.
영구 운동 기계
많은 사람들이 성공하지 못한 채, 자신이 섭취하는 것보다 더 많은 전력을 출력하는 기계를 설계하고 제작하려고 시도했습니다. 그러한 영구 운동 기계는 에너지 보존 법칙이 결국 법칙이 아니라는 것을 증명할 뿐만 아니라, 세계가 본 적이 없는 기술 혁명을 가져올 것입니다. 왜냐하면 그것은 순환 루프에서 스스로를 구동하고 "무료로" 초과 전력을 생성할 수 있기 때문입니다. (아래 그림)
가상의 "영구 운동 기계"가 스스로 동력을 공급할까?
많은 노력과 "무료 에너지" 또는 과단위 기계 에 대한 많은 비도덕적인 주장에도 불구하고 , 그 중 하나도 자체 에너지 출력으로 스스로를 구동하고 남는 에너지를 생성하는 간단한 테스트를 통과한 적이 없습니다.
증폭기
그러나 증폭기 라고 알려진 기계 종류가 존재하는데 , 이는 소전력 신호를 받아들이고 훨씬 더 큰 전력의 신호를 출력할 수 있습니다. 에너지 보존 법칙을 위반하지 않고 증폭기가 어떻게 존재할 수 있는지 이해하는 열쇠는 능동 장치의 동작에 있습니다.
능동 장치는 적은 양의 전력으로 많은 양의 전력을 제어 할 수 있는 능력이 있기 때문에 외부 전원 에서 공급하는 더 많은 양의 전력에서 입력 신호 전력의 형태를 복제하도록 회로에 배열될 수 있습니다 . 그 결과 작은 전기 신호(일반적으로 AC 전압 파형)의 전력을 더 큰 크기의 동일한 모양의 파형으로 마법처럼 확대하는 것처럼 보이는 장치가 됩니다.
에너지 보존 법칙은 추가 전력이 외부 소스, 일반적으로 DC 배터리 또는 이와 동등한 소스에서 공급되기 때문에 위반되지 않습니다. 증폭기는 에너지를 생성하거나 파괴하지 않고 아래 그림과 같이 원하는 파형으로 재형성할 뿐입니다.
증폭기는 작은 입력 신호를 큰 출력 신호로 확장할 수 있지만, 그 에너지원은 외부 전원 공급 장치입니다.
다시 말해, 능동 장치의 전류 제어 동작은 외부 전원의 DC 전력을 입력 신호와 동일한 파형으로 형성하여 모양은 같지만 전력 크기가 다른(더 큰) 출력 신호를 생성하는 데 사용됩니다. 증폭기 내의 트랜지스터 또는 다른 능동 장치는 배터리 또는 다른 전원 에서 제공되는 "원시" DC 전력에서 입력 신호 파형의 더 큰 사본을 형성할 뿐입니다 .
증폭기의 한계
모든 기계와 마찬가지로 증폭기는 효율성이 최대 100%로 제한됩니다. 일반적으로 전자 증폭기는 그보다 훨씬 덜 효율적이며, 상당한 양의 에너지를 폐열의 형태로 소모합니다. 증폭기의 효율성은 항상 100% 이하이므로 "영구 운동" 장치로 작동하도록 만들 수 없습니다.
외부 전원의 필요성은 모든 유형의 증폭기, 전기 및 비전기 증폭기에 공통적입니다. 비전기 증폭 시스템의 일반적인 예로는 자동차의 파워 스티어링이 있는데, 이는 운전자가 스티어링 휠을 돌려 자동차의 앞바퀴를 움직이는 힘을 증폭합니다. 증폭에 필요한 전원은 엔진에서 나옵니다. 운전자의 "입력 신호"를 제어하는 능동 장치는 엔진에 부착된 펌프에서 유압 피스톤으로 유체 동력을 전달하여 휠 동작을 보조하는 유압 밸브입니다. 엔진이 멈추면 증폭 시스템은 운전자의 팔 힘을 증폭하지 못하고 자동차를 돌리기가 매우 어려워집니다.