저항을 이용한 에너지의 전환

저항을 이용한 에너지의 전환

저항이 있는 물질에 전류가 흐르면 열에너지가 발생하게 됩니다. 저항이 발생하는 이유가 물질을 구성하는 원자와 물질을 이동하는 전자의 부딪힘 때문인데, 이러한 원자와 전자의 충돌로 인해 전기 에너지가 열에너지로 바뀌는 에너지 전환이 일어나면서 열에너지가 발생합니다.

그렇다면 열에너지를 더 많이 발생시킬 수 있는 방법이 있을까요? 물질에서 발생하는 열에너지, 즉 발열량은 전압, 전류, 전류가 흐른 시간에 비례합니다. 같은 양의 전류가 흐르고 전류가 흐른 시간이 동일하다면 더 많은 전압이 걸릴수록 발열량이 증가하고, 동일한 크기의 전압이 걸려 있고 전류가 흐른 시간이 같다면 전류가 더 많이 흐를수록 발생한 열에너지가 증가합니다. 그리고 전압과 전류의 크기가 같다면 더 오랜 시간 전류가 흐를수록 물질에서 열에너지가 더 많이 발생합니다.

저항이 2개 이상 연결되어 있다면 연결된 형태에 따라 발열량도 달라집니다. 저항이 직렬로 연결되어 있다면 각 저항을 지나는 전류의 크기가 같기 때문에 각 저항에서 발생하는 발열량은 전압의 크기에 비례합니다. 저항이 병렬로 연결된 경우에는 각 저항에 걸린 전압의 크기가 같으므로 저항을 지나는 전류의 세기에 비례하여 열에너지가 발생합니다.

이렇게 발생된 열에너지는 어디에 사용할 수 있을까요? 우리 주변을 둘러보면 저항으로 인해 발생된 열에너지를 이용하는 물건들을 많이 발견할 수 있습니다. 전기를 이용한 난방 기구인 전열기는 발열량을 높이기 위해 높은 저항을 가진 금속에 전류를 흐르게 하는 구조를 이용합니다. 금속으로는 주로 저항이 크고 고온에서 잘 산화되지 않는다는 특징을 가진 니크롬선이 많이 쓰입니다. 전열기로는 히터, 전기 난로 등이 포함되며 이외에도 전기 레인지, 헤어드라이어, 전기다리미 등 우리 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있는 것들이 많습니다.

▲ 우리 주변의 전열기(출처: 에듀넷)

이러한 전열기는 과도한 열이 발생했을 때, 화재로 이어질 가능성이 있으므로 사용에 많은 주의를 필요로 합니다. 우선 전열기 내부에 퓨즈를 삽입해 일정 온도 이상 올라가지 않도록 하며, 전열기에 직접 손을 대어 화상을 입지 않도록 조심해야 합니다. 또한 전열기 근처에는 쉽게 불이 옮을 수 있는 물건들을 두지 않아야 하며, 장시간 사용하지 않도록 주의해야 합니다.

▲ 전기 다리미(출처: 무료 이미지 사이트 픽사베이 www.pixabay.com)

[자료출처: 에듀넷]