전력과 전력량, 줄의 법칙, 열전기 현상..

 

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1. 전력과 전력량

가. 전력

  ▣ 단위시간(1s) 동안 전기장치에 공급되는 전기에너지.  기호 P, 단위 : [W]​

         여기서, P : 전력[W], V : 전압[V], I : 전류[A], R : 저항 [Ω], W = 일 [J], t : 시간[sec]

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나. 전력량

  ▣ 전기장치가 일정시간(sec) 동안 한 일의 양. 즉, 일이 누적된 값

       기호 W, 단위는 [W·sec, J] (와트초, 줄)

    ⊙ 전력량 W = VIt =I2Rt = Pt [J], [W·s], [kWh]

         여기서, W : 전력량[J], P : 전력 [W], V : 전압[V], I : 전류[A], t : 시간[s], R : 저항[Ω]

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다. 전력과 전력량의 비교

   ① 전력은 마력[HP]으로 환산가능하나 전력량은 환산 불가능함

   ② 전력량은 열량 [cal]로 환산가능하나 전력은 환산 불가능함

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2. 줄의 법칙 (전류의 발열작용)

   ▣ 저항에 전류를 흘려 주면 열에너지가 발생하고, 이 열량은 전류의 제곱에 비례한다.

가. 열량​

           여기서, H : 발열량 [cal], V : 전압[V], I : 전류[A], R : 저항[Ω], t : 시간[s]

나. 전열기의 용량​

          여기서, P : 용량 [W], η : 효율, t : 소요시간[h], M : 질량[㎏=ℓ],

                       T2 : 상승후 온도[℃], T1 : 상승전 온도 [℃]

 

3. 열전기 현상

가. 제어벡 효과 (Seeback effect)

  ▣ 서로 다른 두 금속 (구리-콘스탄탄)을 접속하고 접속점에 열을 가하면 기전력이 발생하여 전류가 흐르는 현상을

       말한다. 이 때 발생하는 기전력을 열기전력이라 한다. 열기전력을 측정하여 온도로 환산하는 열전대 온도계는

       공업용으로 널리 이용되고 있다.

       또한 고온에서 극저온까지 온도계측용 열전대가 개발되고 있다. 세가지의 열전현상중에서 전기를 생산할 수 있는

       것은 제어백 효과 뿐이다.

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나. 펠티에 효과 (Peltier effect)

  ▣ 서로 다른 금속이나 반도체(비스무트-안티몬)의 양쪽 끝을 접합하여 전류를 흘려주면 전류에 의해 발생하는

       줄열 이외도 금속의 각 접점에서 발열 또는 흡열 작용이 일어나는 현상을 말한다. 한 쪽은 열이 발생하고

       다른 쪽은 열을 빼앗기는 현상을 이용하여 냉각과 가열을 할 수 있으며 이런 특성을 이용하여 소형 냉장고나

       전자 냉열장치에 이용한다.

 

다. 톰슨효과 (Thomson effect)

  ▣ 같은 종류의 도체이면서 부분적으로 온도가 다른 금속에 전류를 흐르게 하면 온도가 바뀌는 부분에서 발열과

       흡열이 일어나는 현상이다. 이는 제어백 효과와 펠티에효과의 가역성을 열역할적으로 이론화한 것이다.

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라. 기타 현상

  ① 홀 효과 (Hall effect) : 전류가 흐르고 있는 도체에 외부에서 자계를 가하면 도체 측면에 정(+), 부(-)의 전하가 나타나

                                         두 면간에 전위차가 발생하는 현상

  ② #압전현상 (Piezo effect) : 로셀염 등의 결정에 압력을 가하면 전압이 발생하는데 이를 압전효과라 하며 이와 반대로

                                        전압을 주면 결정체가 변형을 일으키는 현상을 압전 역효과라고 한다.

  ③ 핀치효과 (Pinch effect) : 전류가 도선 중심으로 흐르려고 하는 현상

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【출제예상문제】

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1. 1000[W]의 전열기를 정격상태에서 10분간 사용한 경우 발열량은 몇 [㎉]인가 ? ④

    ① 216                      ② 200                       ③ 152                  ④ 144

  [해설]  발열량 H=0.24Pt=0.24×1000×10×60=144,000[cal]=144[kWh]  ​

2. 저항이 있는 도체에 전류를 흘리면 열이 발생하는 법칙은 ? ③

  ① 옴의 법칙         ② 플레밍의 법칙           ③ 줄의 법칙             ④ 키르히호프의 법칙

  [해설] 줄의 법칙 : 어떤 도체에 일정시간동안 전류를 흘리면 도체에는 열이 발생되는데

                               이에 대한 법칙. 저항이 있는 도체에 전류를 흘리면 열이 발생되는 법칙

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3. #정격 600[W] 전열기에 정격전압의 80[%]를 인가하면 전력은 몇 [W]인가 ? ①

    ① 384 [W]     ② 486 [W]       ③ 545 [W]                ④ 614 [W]

[해설]​

4. 10[kΩ] 저항의 허용전력은 10[kW]라 한다. 이 때의 허용전류는 몇 [A]인가 ?

   ① 100 [A]               ② 10 [A]                 ③ 1 [A]                  ④ 0.1[A]

[해설]​

5. 동일 금속에 온도구배가 있을 경우 여기에 전류를 흘리면 열을 흡수 또는 발생하는 현상을 무엇이라 하는가 ? ②

   ① 제어백효과            ② 톰슨효과               ③ 펠티에 효과               ④ 홀효과

[해설] #톰슨효과(Thomson effect) : 균질의 철사에 온도구배가 있을 때 여기에 전류가 흐르면 열의 흡수 또는 발생이

                                                         일어나는 현상

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6. 전류가 흐르고 있는 도체에 자계를 가하면 도체 측면에는 정·부의 전하가 나타나 두 면 간의 전위차가 발생하는

    현상은 ? ①

  ① #홀효과           ② 톰슨효과                ③ 핀치효과              ④ 제어백효과

[해설] #홀효과 (Hall effect) : 도체에 자계를 가하면 전위차가 발생하는 현상

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7. 다른 종류의 금속선으로 된 폐회로에서 두 접합점의 온도차에 의하여 기전력이 발생하는 효과는 ? ②

  ① #펠티에 효과             ② #제어백효과             ③ #톰슨효과              ④ #핀치효과

[해설] 제어백효과 (seeback effect) : 서로 다른 2개의 금속을 접속하여 접합부에 온도차를 주면 기전력이 발생하는 현상

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8. 다음 설명중 옳지 않은 것은 ? ②

  ① #전력은 전력량과 다르다.                             ② 전력량은 마력으로 환산한다.

  ③ 전력량은 칼로리 단위로 환산한다.                ④ 전력은 칼로리 단위로 환산할 수 없다.

[해설] 전력과 전력량 : 전력량은 마력으로 환산할 수 없고 전력을 마력으로 환산할 수 있다.

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9. 100[V]로 250[W]의 전력을 소비하는 전열기가 있다. 이 전열기를 80[V]로 사용하면 소비전력은 몇 [W]인가 ? ①

   ① 160                ② 180                   ③ 200                      ④ 220

[해설] 소비전력 P = V2/R , P ∝ V2​

10. 15[℃]의 물 200[ℓ]가 있다. 이 물을 30분 동안 40[℃]로 높이기 위하여 필요한 전열기 용량은 몇 [kW]인가 ?

      (단 발열량의 70[%]가 유효한 발열이라고 한다)

   ① 16.6                    ② 2.3                         ③ 40.3                        ④ 54.0

[해설] 860Pηt = m(T2 - T1)​

11. 100,000[㎈]의 열량을 전력량으로 환산하면 약 몇 [kWh]인가 ? ①

   ① 0.116                      ② 1.16                    ③ 116                        ④ 1160

[해설] 단위의 환산 : 1kwh = 860 ㎉, 1 : 860 = x : 100 x = 100/860 = 0.116[kWh]

 

12. 200[V], 60[W]의 전등 2개를 매일 5시간씩 점등하고, 600[W]의 전열기 1개를 매일 1시간씩 사용할 경우

      1개월(30일)의 소비전력량은 몇 [kWh]인가 ? ②

    ① 18                   ② 36                        ③ 180                     ④ 360

[해설] # 소비전력량 산정 :  W=Pt =(60×2×5×30)+(600×1×30)=36,000[W]=36[kWh]  ​

13. 스피커의 입력 임피던스를 10[kΩ], 스피커의 #선로전압을 100[V]로 하면 스피커의 입력전력은 몇 [W]인가 ?

   ① 1                   ② 2                     ③ 5                    ④ 10

[해설] 전력 산정

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