전압과 전류 외에도 전기 회로와 관련된 또 다른 중요한 매개변수가 있습니다. 바로 전력입니다 . 먼저, 회로에서 전력을 분석하기 전에 전력이 무엇인지 이해해야 합니다.
전력이란 무엇이고 어떻게 측정하는가?
파워는 주어진 시간 내에 얼마나 많은 일을 수행할 수 있는지를 측정하는 것입니다. 일은 일반적으로 중력의 힘에 반하여 무게를 들어올리는 것으로 정의됩니다. 무게가 더 무겁거나 더 높이 들어올릴수록 더 많은 일을 한 것입니다. 파워 는 표준적인 양의 일을 얼마나 빨리 수행하는지를 측정하는 것입니다.
미국 자동차의 경우 엔진 동력은 '마력'이라는 단위로 평가됩니다. 마력이란, 원래 증기 엔진 제조업체가 당시 가장 흔한 동력원인 말을 기준으로 기계의 작업 능력을 정량화하기 위해 고안된 단위입니다.
1마력은 영국 단위로 초당 550피트-파운드의 작업으로 정의됩니다. 자동차 엔진의 출력은 얼마나 높은 언덕을 오를 수 있는지 또는 얼마나 많은 무게를 견인할 수 있는지를 나타내지 않지만, 특정 언덕을 얼마나 빨리 오를 수 있는지 또는 특정 무게를 견인할 수 있는지를 나타냅니다.
기계 엔진의 동력은 엔진의 속도와 출력 샤프트에서 제공되는 토크의 함수입니다. 엔진 출력 샤프트의 속도는 분당 회전수 또는 RPM으로 측정됩니다.
토크는 엔진에서 생성되는 비틀림 힘의 양이며, 일반적으로 파운드-피트 또는 lb-ft(일의 단위인 피트-파운드 또는 ft-lbs와 혼동하지 마십시오)로 측정합니다. 속도나 토크만으로는 엔진의 출력을 측정할 수 없습니다.
100마력 디젤 트랙터 엔진은 비교적 느리게 회전하지만, 많은 양의 토크를 제공합니다. 100마력 오토바이 엔진은 매우 빠르게 회전하지만, 비교적 적은 토크를 제공합니다. 둘 다 100마력을 생성하지만, 속도와 토크가 다릅니다. 샤프트 마력의 방정식은 간단합니다.
방정식의 오른쪽에 S와 T라는 두 개의 변수 항만 있는 것을 주목하세요. 그 쪽의 다른 모든 항은 상수입니다. 2, pi, 33,000은 모두 상수입니다(값이 변하지 않음). 마력은 속도와 토크의 변화에 따라서만 변하며, 그 외에는 변함이 없습니다. 이 관계를 보여주기 위해 방정식을 다시 쓸 수 있습니다.
"마력"의 단위가 분당 회전 수에 파운드-피트 단위의 토크를 곱한 속도와 정확히 일치하지 않기 때문에 마력이 ST 와 같다고 할 수 없습니다 . 그러나 그들은 서로 비례 합니다 . ST의 수학적 곱이 변함에 따라 마력의 값도 같은 비율로 변합니다.
전압 및 전류의 함수로서의 전력
전기 회로에서 전력은 전압과 전류의 함수입니다. 놀랍지 않게도 이 관계는 위의 "비례" 마력 공식과 놀라울 정도로 유사합니다.
그러나 이 경우 전력(P)은 단순히 IE에 비례하는 것이 아니라 전류(I)에 전압(E)을 곱한 것과 정확히 같습니다. 이 공식을 사용할 때 전력의 측정 단위는 와트이며 , 문자 "W"로 축약됩니다.
전압이나 전류는 그 자체로 전력을 구성하지 않는다는 것을 이해해야 합니다. 오히려 전력은 회로에서 전압 과 전류의 조합입니다. 전압은 단위 전하당 특정 작업(또는 잠재 에너지)인 반면 전류는 전하가 도체를 통과하는 속도라는 것을 기억하세요.
전압(특정 작업)은 중력에 반하여 무게를 들어올리는 작업과 유사합니다. 전류 (속도)는 그 무게를 들어올리는 속도와 유사합니다. 전압(작업)과 전류(속도)는 곱(곱셈)으로 함께 전력을 구성합니다.
디젤 트랙터 엔진과 오토바이 엔진의 경우와 마찬가지로, 고전압 저전류 회로는 저전압 고전류 회로와 같은 양의 전력을 소모할 수 있습니다. 전압의 양이나 전류의 양만으로는 전기 회로의 전력량을 나타낼 수 없습니다.
개방/단락 회로의 전력
개방 회로에서, 소스 단자 사이에 전압이 있고 전류가 0인 경우, 전압이 아무리 크더라도 소모되는 전력은 0 입니다. P=IE이고 I=0이며 0을 곱한 것은 모두 0이므로, 모든 개방 회로에서 소모되는 전력은 0이어야 합니다.
마찬가지로, 초전도 와이어 루프(절대적으로 저항이 0)로 구성된 단락 회로가 있다면, 루프에 전압이 0인 전류가 흐를 수 있으며, 마찬가지로 전력이 소모되지 않습니다. P=IE이고 E=0이며 0으로 곱한 것은 모두 0이므로 초전도 루프에서 소모되는 전력은 0이어야 합니다. (나중의 장에서 초전도에 대한 주제를 살펴보겠습니다.)
마력은 와트와 어떤 관련이 있나요?
우리가 "마력" 단위로 전력을 측정하든 "와트" 단위로 측정하든, 우리는 여전히 같은 것에 대해 이야기하고 있습니다. 주어진 시간 내에 얼마나 많은 일을 할 수 있는가입니다. 두 단위는 숫자적으로 같지는 않지만, 같은 종류의 것을 표현합니다.
사실, 유럽 자동차 제조업체는 일반적으로 엔진 출력을 마력 대신 킬로와트(kW) 또는 수천 와트로 광고합니다! 이 두 가지 전력 단위는 간단한 변환 공식으로 서로 연관되어 있습니다.
따라서 우리의 100마력 디젤 및 오토바이 엔진은 "74570와트" 엔진, 또는 더 적절하게는 "74.57킬로와트" 엔진으로 평가될 수도 있습니다. 유럽 엔지니어링 사양에서 이 등급은 예외가 아닌 표준이 될 것입니다.
검토:
- 전력은 주어진 시간 내에 얼마나 많은 일을 할 수 있는지를 측정하는 단위입니다.
- 기계적 힘은 (미국에서) 일반적으로 "마력"으로 측정됩니다.
- 전력은 거의 항상 "와트"로 측정되며 P = IE 공식으로 계산할 수 있습니다.
- 전기 전력은 전압 과 전류 의 곱이며 , 둘 중 하나만 따로 존재하는 것은 아닙니다.
- 마력과 와트는 같은 종류의 물리적 측정을 설명하기 위한 두 가지 다른 단위일 뿐이며, 1마력은 745.7와트에 해당합니다.