오늘 끝나면
전력과 에너지
- ✓전력과 에너지의 핵심 문제를 한 문장으로 설명한다
- ✓오른쪽 실습에서 전력과이 어떻게 움직이는지 관찰한다
- ✓다음 강의와 이어지는 한계를 말할 수 있다
실습 미션
P = VI — 회로가 쓰는 힘과 발열 이 문장이 실제로 무슨 뜻인지 실습에서 한 번 손으로 확인한다.
성공 조건
- □실습의 기본값을 먼저 관찰
- □입력값이나 모드를 한 번 이상 바꿔 결과 비교
- □왜 결과가 바뀌었는지 한 문장으로 설명
회로 · 05
전력과
에너지
전압이 전류를 미는 데는 힘이 든다.
그 힘이 단위시간당 얼마인지가 전력 P다.
P = VI = I²R = V²/R, 셋 다 같은 값이다.
전력 = 단위시간에 쓰는 에너지
전압은 전하를 미는 세기고, 전류는 흐르는 양이다. 둘을 곱하면 회로가 지금 쓰는 힘이 나온다.
전력은 P = V·I다. 단위는 와트 W.
1W는 1초에 1줄(J)의 에너지를 쓴다는 뜻이다.
그래서 전력은 순간의 양이다. 지금 이 회로가 초당 얼마를 태우고 있는지를 말한다.
에너지는 그걸 시간만큼 쌓은 것이다. 에너지 = P × 시간.
전기요금이 kWh로 찍히는 이유다. 전력에 시간을 곱한 값이다.
에너지 = P × 시간, 전기요금이 kWh인 이유
한 값, 세 가지 식
P = VI 하나만 알면 된다. 나머지는 옴 법칙 V = IR를 끼워 넣은 것이다.
V = IR를 넣으면 P = (IR)·I = I²R가 된다.
I = V/R를 넣으면 P = V·(V/R) = V²/R가 된다.
셋은 항상 같은 숫자다. 무엇을 아느냐에 따라 골라 쓰면 된다.
전류를 알면 I²R를 쓰고, 전압을 알면 V²/R를 쓰고, 둘 다 알면 VI를 쓴다.
외울 식은 하나지만 도구는 셋이다.
| P = V · I | 5 × 2 = 10 W전압·전류 둘 다 알 때 |
| P = I² · R | 2² × 2.5 = 10 W전류·저항을 알 때 |
| P = V² / R | 5² ÷ 2.5 = 10 W전압·저항을 알 때 |
V=IR을 끼워 넣으면 셋은 항상 같은 값
저항에서 전력은 열이 된다, 주울열
저항이 쓰는 전력은 어디로 가는가? 전부 열로 빠진다. 이게 주울열이다.
저항에서 나오는 열은 P = I²R로 정해진다.
전류가 부딪히며 일으키는 마찰 같은 것이다. 전기 에너지가 열 에너지로 바뀐다.
전압 V를 올리거나 저항 R을 줄이면 전력이 커지고 저항이 빨개진다.
전류가 2배면 발열은 I²R이라 4배로 뛴다. 제곱으로 들어가기 때문이다.
P = V·I = 5×100mA
= I²R = 0.50 W
= V²/R = 0.50 W
정격을 넘으면 탄다
부품은 열을 무한정 버티지 못한다. 견딜 수 있는 최대 전력이 정격이다.
저항에는 1/4W, 1/2W, 1W 같은 정격이 붙는다.
쓰는 전력이 그 선을 넘으면 못 식히고 타 버린다. 색이 변하고, 끊기고, 연기가 난다.
그래서 설계할 때는 P = V²/R로 발열을 미리 계산한다.
정격에 여유를 두거나, 저항을 키워 전류를 줄이거나, 방열판으로 열을 빼낸다.
전력을 모르면 부품이 언제 탈지 모른다. 발열 계산이 곧 안전이다.
쓰는 전력이 정격 막대를 채우면 못 식히고 탄다
전력 = 쓰임과 발열
전력은 두 얼굴이다. 일을 시키는 쓰임이자, 저항에서 새는 발열이다.
전구와 모터와 히터는 전력을 빛이나 운동이나 열이라는 쓸모로 바꾼다.
전선이나 부품 저항에서 새는 I²R 손실은 그냥 버려지는 열이다.
그래서 송전은 전압을 높여 전류를 낮춘다. I²R 손실이 전류 제곱으로 줄어들기 때문이다.
같은 전력을 보내도 전류를 줄이면 전선이 덜 달아오른다.
전력을 안다는 건 어디에 쓰이고 어디서 새는지를 안다는 뜻이다.
Q. 같은 저항에 흐르는 전류를 2배로 키우면 발열(I²R)은 몇 배가 되나?
정답은 4배다.발열은 P = I²R이라 전류가 제곱으로 들어간다.
전류가 2배면 2² = 4이라 4배가 된다.
전류를 3배로 키우면 발열은 9배가 된다. 전류 키우기는 발열에 가장 위험한 선택이다.
- → 전구 · 빛
- → 모터 · 운동
- → 히터 · 열(의도된)
- × 전선 저항 I²R
- × 부품 발열
- × 버려지는 열
송전: 전압을 올리면 전류가 낮아지고, I²R 손실이 제곱으로 줄어든다