1-5 줄의 법칙과 전력.

 

1. 줄의 법칙

 

그림 1-1와 같이 니크롬선 등의 저항을 갖고 있는 도체에 전류를 흐르게 하면 열이 발생한다. 이 경우, 저항과 전류와 발생하는 열량과 사이에는 다음 관계가 있는 것이 1840년에 영국의 물리학자 줄에 의해서 발견되었다.

 

전류가 흐르고 있는 회로에 발생하는 열량 H[J]는 그 회로의 저항을 R[Ω], 전류를 I[A], 전류가 흐른 시간을 t[S]로 하면 H = I2Rt 〔J〕 로 나타낼 수 있다. 이것이 줄의 법칙이다.

 

그리고, 열량의 단위로서는 줄 [J]외에 칼로리 [cal]라고 하는 단위도 사용되는 경우가 있다. 1cal이라는 것은, 1g의 물의 온도를 1℃(14.5℃ - 15.5℃) 높이는데 필요한 열량으로, 줄과의 사이에는 1cal = 4.2 J의 관계가 있다.

 

그림 1-1 저항에 의한 발열

 

2. 전 력

 

그림 1-1는 저항 R에 I2Rt[J]의 전기 에너지가 주어져 H[J]의 열에너지가 발생하였다고 하는 것이다. 이 때, 저항 R에 공급, 또는 소비되는 단위 시간 (1초)당 전기 에너지(일량)를 전력이라고 하고, 단위는 와트 [W]를 사용한다. 즉, 1W는 1J/s(공률;工率)에 상당한다.

 

따라서, 뜨겁게 변한 1초 간당의 공률은 H/t=I2Rt[J/s]이기 때문에 전력 P는 다음과 같이 된다.

 

P=I2R 〔W〕

 

그림 1-2는 옴의 법칙을 적용하고, 회로의 이미 알고 있는 값에 의해서, 전력 표현하는 식을 변형하는 것이다.

 

그림 1-2 이미 알고 있는 값으로부터의 전력을 구하는 법.

 

3. 전 력 량

 

전력은 단위 시간당 일량, 즉 공률로 나타냈지만, 전류가 어떤 시간이 흘러 이루어진 일의 전력량이라고 불려진다.

 

따라서, 전력량은 전력과 시간과의 곱으로 표현하고, 전력량의 단위에는, 와트 초[Ws]를 사용한다. 즉, P[W]의 전력을 t초 간 사용한 때의 전력량 w는 다음과 같이 된다.

 

W = Pt = VIt〔Ws〕

 

또한 단위로서 와트 초 [Ws]외, 와트시 [Wh], 킬로 와트시 [kWh]가 사용된다. 이들 단위의 관계를 나타내면 다음과 같이 된다.

 

1Wh = 1W x 1h = 1W X 3600s = 3.6 X 103Ws

1kWh = 103Wh = 103W X 1h = 3.6 X 106Ws