전기 에너지 및 전력
전기 에너지는 전기 회로 내에서 작업이나 동작을 생성하는 데 필요한 전력을 공급하며 초당 줄(J)로 제공됩니다.
전기 에너지는 동작을 생성하여 작업을 생성하는 전기 회로의 능력입니다. 이 동작은 열, 전자기, 기계, 전기 등과 같은 다양한 형태를 취할 수 있습니다. 전기 에너지는 배터리, 발전기, 발전기 및 광전지 등에서 생성되거나 연료 전지, 배터리, 커패시터 또는 향후 사용을 위해 저장될 수 있습니다. 자기장 등. 따라서 전기 에너지가 생성되거나 저장될 수 있습니다.
우리는 학교 과학 수업에서 에너지는 생성되거나 파괴될 수 없고 전환만 가능하다는 “ 에너지 보존의 법칙 ”을 기억합니다. 그러나 에너지가 유용한 일을 하려면 에너지가 한 형태에서 다른 형태로 전환되어야 합니다. 예를 들어, 모터는 전기 에너지를 기계적 또는 운동(회전) 에너지로 변환하는 반면, 발전기는 운동 에너지를 다시 전기 에너지로 변환하여 회로에 전력을 공급합니다.
즉, 전기 기계는 작업을 수행하여 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 변환하거나 변경합니다. 또 다른 예로는 전기 에너지를 빛 에너지와 열(열) 에너지로 변환하는 램프, 전구 또는 LED(발광 다이오드)가 있습니다. 그러면 전기 에너지는 다른 많은 형태의 에너지로 쉽게 변환될 수 있기 때문에 매우 다재다능합니다.
전기 에너지가 전자를 이동시키고 회로 주위에 전류 흐름을 생성하려면 작업이 수행되어야 합니다. 즉, 전자가 와이어나 도체를 통해 일정 거리만큼 이동해야 합니다. 수행된 일은 전자의 흐름에 에너지로 저장됩니다. 따라서 “일”은 우리가 에너지 과정에 부여하는 이름입니다.
따라서 에너지가 "일을 수행하는 능력"으로 정의될 수 있으므로 일과 에너지는 사실상 동일하다고 말할 수 있습니다 . 수행된 작업이나 전달된 에너지는 전기 시스템과 마찬가지로 기계 시스템이나 열 시스템에도 동일하게 적용됩니다. 이는 기계적, 열적, 전기적 에너지가 상호 교환 가능하기 때문입니다.
전기 에너지: 볼트
이제 우리는 에너지가 일을 할 수 있는 능력이라는 것을 알고 있으며, 에너지(및 일)에 사용되는 표준 단위는 줄(Joule) 입니다 . 에너지 줄은 1초 동안 움직이는 1볼트에서 1암페어만큼 소비되는 에너지로 정의됩니다. 전류는 회로 주위의 전하(전자)의 이동으로 인해 발생하지만, 전하를 한 노드에서 다른 노드로 이동하려면 전하를 이동시키는 작업을 생성하는 힘이 필요하며 전압이 있습니다 .
우리는 전압(V)이 회로나 배터리 공급 장치 내의 서로 다른 두 단자, 지점 또는 노드 사이에 존재한다고 생각하는 경향이 있습니다. 그러나 전압은 순방향이나 역방향으로 전하를 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 데 필요한 작업을 제공하므로 중요합니다. 두 단자 또는 지점 사이의 전압 또는 전위차는 1볼트의 값을 갖는 것으로 정의됩니다. 이때 1줄의 에너지가 두 단자 사이에 1쿨롱의 전하를 이동하는 데 사용됩니다.
즉, 두 지점 또는 단자 사이의 전압 차이는 A에서 B로 1 쿨롱 의 전하를 이동시키는 데 필요한 줄 단위 의 작업입니다. 따라서 전압은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
전압 단위
여기서 전압은 볼트 단위이고 J 는 줄(Joule) 단위의 일 또는 에너지이고 C 는 쿨롱 단위의 전하입니다. 따라서 J = 1줄, C = 1쿨롱이면 V는 1V와 같습니다.
전기 에너지 사례 No1
전기 회로 주위에서 15 쿨롱의 전하를 이동시키기 위해 135 줄의 에너지를 소비하는 배터리의 단자 전압은 얼마입니까?
그렇다면 우리는 이 예에서 모든 쿨롱 전하가 9줄의 에너지를 가지고 있음을 볼 수 있습니다.
전기 에너지: 암페어
우리는 전하의 단위가 쿨롱 이고 회로 주위의 전하의 흐름이 전류의 흐름을 나타내는 데 사용된다는 것을 보았습니다. 그러나 쿨롱의 기호는 문자 " C "이므로 이는 문자 " C " 인 정전용량 기호와 혼동될 수 있습니다 .
이러한 혼란을 피하기 위해 전기 요금에 사용되는 일반적인 기호는 대문자 " Q " 또는 소문자 " q "이며 기본적으로 수량을 나타냅니다. 따라서 Q = 1 쿨롱 전하, 즉 Q = 1C입니다. 전하 Q는 양수( +Q) 또는 음수 (-Q) 일 수 있습니다 . 즉, 전자나 정공이 과잉입니다.
폐회로 주변에서 전자 형태로 흐르는 전하의 흐름을 전류라고 합니다 . 그러나 '전하의 흐름'이라는 표현은 움직임을 의미하므로 전류를 생성하려면 전하가 움직여야 합니다. 이것은 무엇이 전하를 움직이게 하는지에 대한 질문으로 이어지며, 이것은 위에서 우리의 오랜 친구인 전압(Voltage)에 의해 수행됩니다.
따라서 두 지점 사이의 전압 또는 전위차는 전류의 형태로 회로 주위로 전하를 이동시키는 데 필요한 전기 에너지를 제공합니다. 따라서 전하를 이동시키는 일은 전위차에 의해 이루어지며, 두 점 사이에 전위차가 없으면 전하의 이동이 없으므로 전류도 흐르지 않습니다. 실제로 흐름이나 움직임이 없는 전하를 정전기라고 합니다.
전하의 이동을 전류라고 하면 전류는 전하의 이동 속도(또는 흐름 속도)이지만 전류를 나타내는 전하의 양이라고 정확하게 말할 수 있습니다. 회로 내의 한 지점을 선택하고 정확히 1초 동안 이 지점을 지나 흐르는 전하량을 측정하면 전류의 세기가 암페어(A)로 표시 됩니다 .
따라서 1암페어의 전류는 1초 동안 주어진 지점을 지나가는 1쿨롱의 전하와 동일하며, 이 지점을 통과하는 초당 전하량이 많을수록 전류는 더 커집니다. 그런 다음 전류 1암페어(A)를 초당 1쿨롱 전하와 동일하다고 정의할 수 있습니다. 따라서 1A = 1C/s
암페어 단위
여기서 Q 는 전하량(쿨롱 단위)이고 t 는 전하가 이동하는 시간 간격(초 단위)입니다. 즉, 전류에는 크기(전하량)와 이와 관련된 지정된 방향이 모두 있습니다.
일반적으로 전류에 사용되는 기호는 대문자 " I "이거나 소문자 " i "이며 둘 다 강도를 나타냅니다. 이는 전자 흐름을 생성하는 전하의 강도 또는 농도입니다. 일정한 DC 전류의 경우 일반적으로 대문자 " I "가 사용되는 반면, 시변 AC 전류의 경우 소문자 " i "가 일반적으로 사용됩니다. i (t) 기호는 단순히 그 정확한 순간의 순간 전류 값을 의미합니다.
때로는 이미지를 사용하여 이 관계를 기억하는 것이 더 쉽습니다. 여기서 Q , I 및 t 의 세 가지 수량은 삼각형으로 겹쳐져 있으며 현재 공식 내에서 각 수량의 실제 위치를 나타냅니다.
암페어
위의 표준 공식을 전치하면 동일한 방정식의 다음 조합이 제공됩니다.
전기에너지 예시 No2
1. 900 쿨롱의 전하가 3분 안에 주어진 지점을 통과할 때 회로를 통해 흐르는 전류의 양입니다.
2. 저항에는 3암페어의 전류가 흐른다. 90초 동안 저항을 통해 흐르는 전하의 쿨롱 수입니다.
전기 에너지: 와트
전력은 전압 과 전류라는 두 가지 양의 곱 이므로 에너지 소비 시 작업이 수행되는 속도로 정의할 수 있습니다. 우리는 이전에 전압이 A에서 B로 1쿨롱의 전하를 이동시키는 데 필요한 줄 단위의 작업을 제공하며 전류는 전하의 이동 속도(또는 흐름 속도)라고 말했습니다. 그렇다면 이 두 정의는 어떻게 서로 연결되어 있습니까?
전압(V)이 쿨롱당 줄( V = J/C )이고 암페어(I)가 초당 전하( 쿨롱 )( A = Q/t )와 같으면 전력(P)을 전체로 정의할 수 있습니다. 이 두 수량 중. 이는 전력이 전압 x 암페어와 같을 수도 있기 때문입니다. 즉, P = V*I 입니다 .
와트
따라서 전력은 1초 동안 작업이 수행되는 속도이기도 함을 알 수 있습니다. 즉, 1초에 1줄의 에너지가 소모됩니다. 전력은 와트(W) 단위로 측정되므로 초당 줄 단위 로도 측정해야 합니다 . 따라서 1와트 = 초당 1줄(J/s)이라고 정확하게 말할 수 있습니다.
전력
따라서 1와트 = 초당 1줄이면 다음과 같습니다. 에너지 1줄 = 1시간 단위당 1와트, 즉 일은 전력에 시간을 곱한 것과 같습니다(V*I*t 줄). 따라서 전기 에너지(완료된 작업)는 전력에 전하(전류 형태)가 흐르는 시간(초)을 곱하여 얻습니다.
따라서 전기 에너지의 단위는 전력과 시간에 사용되는 단위에 따라 달라집니다. 따라서 전력을 킬로와트(kW)로 측정하고 시간을 시간(h)으로 측정하면 소비되는 전기 에너지는 킬로와트*시(Wh) 또는 간단히 킬로와트시 ( kWh)와 같습니다.
전기 에너지 사례 No3
100와트 전구는 한 시간 동안만 켜집니다. 램프가 사용한 전기 에너지는 몇 줄(J)입니까?
줄을 전기 에너지 단위로 다룰 때는 킬로줄로 표시하는 것이 더 편리합니다. 따라서 답은 360kJ로 주어질 수 있습니다.
줄 (joule) 자체는 작은 양 이므로 , 킬로줄(kJ), 수천 줄, 메가줄(MJ), 수백만 줄, 심지어 수천 수백만 줄인 기가줄(GJ)도 모두 실용 단위입니다. 전기 에너지. 따라서 1kWh(킬로와트시)에 해당하는 전기 1단위는 3.6MJ(메가줄)로 정의할 수 있습니다.
마찬가지로, 1와트는 매우 작은 양의 전력이므로 전기 장비 및 가전제품의 전력 출력을 식별하는 데 일반적으로 킬로와트(1kW = 1,000와트)와 메가와트(1MW = 100만 와트)가 사용됩니다. 따라서 킬로와트(또는 메가와트)는 전력의 단위인 반면 킬로와트시는 전기 에너지의 단위임을 알 수 있습니다.