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오늘은 전기 기술 일반에 대해서 알아보겠습니다.
전문적인 전기내용이 아닌 일반적인 전기에 대해서 알아보았으니 도움이 되셨으면 좋겠습니다.
1. 전기의 기본적인 양
1) 전하
전기의 특성 및 동작은 기술되는 몇 가지 전기적인 양에 의해서 정의되는데, 이 양 중에서 가장 기본이 되는 양은 전하(Electric charge)라 하고 , 모든 전기적인 효과는 전하의 공간적 분포 및 운동에 의해 나타납니다. 전하는 양자와 양이온이 갖는 양전하와 전자나 음이온이 갖는 음전하가 있고, 이의 양은 더 이상 쪼갤 수 없는 최소 양으로 M.K.S (meter, kilogrm, second) 단위계에서는 전하의 단위를 쿨룸(coulomb : ［C］)을 사용하고, 약어는 Q와 q를 주로 사용합니다. 전자 한 개의 전하는 1.602 ×10［C］입니다.
2) 전류
(1) 전류란 무엇일까요?
전기는 전선을 사용해서 운반되므로 전선의 예를 들어 전류의 정체를 설명하기로 합니다.
전선은 구리나 알루미늄 등의 금속으로 제작되므로 금속의 성질을 기초로 하여 전류의 성질을 설명하면 다음과 같습니다. 금속의 원자는 원자핵에 강하게 구속되어 있지 않은 자유전자로 인해 전자 안에서는 자유로이 움직일 수 있는 자유전자가 많이 있습니다. 이 자유전자가 전기를 전도하는 역할을 하는 것으로서 전하운반체라 부립니다. 전선 자체만으로는 자유전자를 움직일 수 없고, 양전하를 가진 A와 음전기를 가진 B를 전선으로 연결하면, 전선 속의 자유전자가 A의 양전하에 흡인되어 A 쪽으로 이동하여 양전하와 결합하여 증상이 되고, B에는 자유전자가 부족하게 됩니다. 이와 같이 전선 속의 자유전자의 이동, 즉 전자의 흐름(전하의 이동)을 전류 (ELECTRIC CURRENT)라 합니다.
(2) 전류의 단위
도선에 흐르는 전류의 크기는 회로의 어느 단면을 단위시간에 통과하는 전하의 양으로 정의하며 그 MKS 단위는 암페어(ampere : A)를 사용하고, 약어는 I, i를 사용합니다. 1 암페어는 (A)는 1초 동안에 1 쿨롬(C)의 전하가 이동할 때의 전류입니다. 따라서 일정한 비율로 t초 동안에 Q(C)의 전하가 이동하였다면 이때의 전류 ISMS
I= Q /t (A) 또는 Q= It(C)
와 같습니다. 전류의 값이 작을 때는 밀리암페어(mA), 마이크로 암페어를 사용하고 전류의 값이 클 경우는 킬로암페어(kA)를 사용합니다. 일상생활 속에서 자주 사용하는 전류의 단위를 정리하면
전류가 작은 경우 1 암페어(A) = 1000밀리 암페어 (mA)
1 밀리암페어 (mA) = 1000 마이크로 암페어
전류가 큰 경우 1킬로 암페어 (kA) = 1000 암페어 (A)
(3) 전류의 작용
① 발열작용 : 이 작용은 전등, 전기다리미, 전열기, 전기히터 등에 널리 이용되는 것으로서 이의 원리를 설명합니다. 금속에는 전류의 흐름을 억제하려는 전기저항이 있고, 이 저항에 전류가 흐르면 열이 발생하게 됩니다. 일정한 시간 동안에 발생한 열량은 저항값이 크고 전류가 많이 흐를수록 크게 됩니다. 또한, 열이 발생하는 부분의 온도를 높게 하면 적열에서 백열로 바뀌어 빛이 많이 발생하게 되는데, 이 빛을 이요한 전기제품이 바로 전열기나 백열전구입니다.
② 자기 작용 : 전기가 하는 일 즉, 동력은 이 작용을 응용한 것으로서 전기에너지를 기계에너지로 변환하거나 기계 에너지를 전기에너지로 바꾸는 작용을 말합니다. 도선을 감아서 만든 코일에 전류를 흘리면 그 속에 자계가 발생하고, 자계속에서 도선에 전류를 흘리면 도선은 힘을 받는다. 즉, 자석이 되는데 이것은 전동기 (MOTOR : 모터)에 응용되는 전자석이라 부릅니다. 이 작용의 응용 예로서 자동차의 각종 모터 미치 릴레이는 전기 에너지를 기계에너지로 변환하여 사용하는 경우이고, 전기를 생산하는 발전기와 전압을 변성하는 변압기 등이 있습니다.
③ 화학작용 : 전기에너지를 화학에너지롤 변환하는 작용, 즉 전류가 물질 속에 흘러 화학반응이나 전기분해를 하는 작용입니다. 배터리는 황산과 증류수의 혼합물에 전류를 흐르게 하여 일어나는 화학반응을 이용하여 전기에너지를 화학에너지로 변환하여 저장하는 것입니다. 이와 같이 전류에 의해 발생하는 화학변화의 작용을 전류의 화학작용이라 부릅니다.
2. 전압
1) 전압은
두 개의 수조 (물탱크) A와 B르 ㄹ파이프로 연결해서 A에 들어있는 물을 B로 흘린다고 했을 때, 파이프의 열림 장치를 열면 수위가 높은 수조 A로부터 수위가 낮은 수조 B로 물이 자연스럽게 흐르게 됩니다. 그러나 양쪽 수조의 수위가 동일해지면 물을 흐르지 않고 정지해 있게 됩니다. 이와 같이 물을 흐르게 하려면 수조 A수위와 B수위 차, 즉 수압이 있어야 합니다. 수압이 높을수록 물의 세기가 강해지고 양이 많아집니다. 전기의 경우도 이와 동일합니다. 전선을 통해 양전하 A가 음전하 B를 향해 전류가 흐르는 것은 A와 B사이에 전위차, 즉 전압(전기적 압력)이 가해졌기 때문입니다.
2) 전압의 단위
전압은 전기를 흐르게 하는 압력으로서, 그 MKS 단위는 볼트(Volt :V)이고, 약어는 V, v를 사용합니다. 1 볼트는 1 쿨룸의 전하가 두 지점 간을 이동할 때 얻거나 잃는 에너지가 1줄(Joule: J) 일 때의 전압(전위차)입니다. 따라서 Q(C)의 전하가 전위차가 일정한 두지점간을 이동할 때 얻거나 잃는 에너지를 W(J)이라면 두 지점 간의 전위차는 V는
V= W/Q (V) 또는 W=VQ(J)
와 같이 되고 전압값이 작을 때는 밀리볼트(\mV), 클 때는 킬로볼트(kV)를 사용합니다. 일상생활 속에서 자주 사용한느 전압의 단위를 정리하면 아래와 같이 표현할 수 있습니다.
전압이 작은 경우 : 1 볼트 = 1000밀리 볼트
전압이 클 경우 : 1킬로 볼트 = 1000 볼트
3) 기전력
전류를 지속해서 흐르게 하려면 전압을 계속해서 만들어 내야 합니다. 이와 같이 전압을 만들어 내는 힘을 기전력이라 하고 기전력을 발생시키는 장치를 전원이라고 말합니다. 기전력의 단위는 전압과 동일하게 볼트를 사용합니다. 예로서 전지나 발전기는 전류를 계속해서 흐르게 하는 작용으로서, 물을 퍼올리는 펌프와 저장하는 저수기에 비교할 수 있고, 이러한 것들을 전기를 흐르게 하는 원천이라고 할 수 있으며 간단히 전원이라 부릅니다.
4) 전력
우리 일상생활 속에서 사용하는 가전기구를 부를 때 흔히 500와트 전열기, 30와트 백열전구, 60와트 형광등이라고 표현합니다. 이때 가전기구 앞에 사용하는 와트(watt)란 정확이 무엇이냐면 전력의 단위를 나타내는 것입니다. 일반적으로 1초간 처리하는 작업을 능률이라고 하듯이 전류가 1초 동안 한 일, 즉 전류의 작업능률을 전력 또는 소비전력이라고 말합니다. 이는 공학적으로 단위시간에 변환 또는 전송되는 에너지의 정의됩니다.
3. 마무리
오늘은 유틸리티 설비보전 기술 중에 전기일반에 대해서 알아보았습니다. 전기는 우리 생활 중에 밀접한 관계가 있습니다. 좀 더 자세히 알아볼 수 있지만 어려운 점이 있어서 간단하게 적어보았습니다. 도움이 되었으면 좋겠습니다.