전기기능사 필기 전기이론 #9 전력, 열

9. 전력 과 전력량  

전력과 전력량 그리고 열작용에 대해 정리해봤다. 매년 빠지지 않고 출제되는 단원이다.

전력에 대한 공식과 이해를 하면 쉽게 맞출 수 있는 단원이다.

- 전력

정의 : 단위 시간당(1초) 사용하는 전기에너지 혹은 1초 동안 전기가 하는 일의 양

공식 : P= V * I = I² * R = V²/R[Watt] 전기에너지/시간(초) = 전압*전류

단위 : mW, W, KW

   

- 전력량

정의 : 일정시간 동안 사용한 전기에너지의 양 혹은 일정시간 동안 전기가 하는 일의 양

공식 : W(work)= H(열) = I² * R * t = V * I * t = P * t [Joule] 전력*시간

단위 : Ws, Wh, KWh (일과 열 에너지의 단위는 J(Joule)이다.

   

- 줄의 법칙

① 전류의 발열 작용 : 전열기에 전류를 흘리면 열이 발생하는 현상.

② 줄의 법칙 : 어떤 도체에 일정 기간 동안 전류를 흘리면 도체에는 열이 발생되는데, 저항체에

    흐르는 전류의 크기와 저항체에서 단위시간당 발생하는 열량과의 관계를 나타낸 법칙이다. 단위 [J]

(∵1[cal]=4.186[J], 1J=0.24cal) ( 1cal는 물 1ｇ을 온도 1 [℃] 높이는데 필요한 열량 )

저항에 흐르는 전류에서 발생하는 열을 줄열이라고 하며, 발열 효과를 줄의 효과라 한다.

   

- 줄열의 이용

① 공업용- 전기용접기, 전기로, 가정용- 전기난로, 전기밥솥, 전기다리미, 백열전구

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전력과 전력량에 관한 설명으로 틀린 것은? 2016

    ① 전력은 전력량과 다르다.               ❷ 전력량은 와트로 환산된다.

    ③ 전력량은 칼로리 단위로 환산된다. ④ 전력은 칼로리 단위로 환산할 수 없다.

=> 위의 내용을 이해하면 풀 수 있다.

   

기전력 120V, 내부저항(r)이 15Ω인 전원이 있다. 여기에 부하저항(R)을 연결하여 얻을 수 있는 최대

전력(W)은?(단,최대 전력 전달조건은 r=R 이다.) 2016

   ① 100         ② 140            ③ 200         ❹ 240

[해설] 문제를 보고 회로 그림을 그릴 수 있어야 한다.

먼저 직류회로의 기전력을 설명한 것처럼 전체저항은 r+R=15+15=30Ω 이며

최대전력은 부하저항 R에서 소비되는 전력이다. 그러므로 P=I²*R= (120/30)² * 15 = 16*15=240W이다

주의) P= V* I= I²*R 이므로 P=V*I 로 구할 수 있는데,

P = 120 * 120/(15+15) = 120² /30 = 480W 이다 왜 답이 틀릴까?

이때 전압 V는 부하 저항 R에 걸리는 전압을 구해야 한다. 전압분배법칙에 따라

120 * R/( R + r) = 120 * 15/30 =60V 그러므로 60 * I(120/30) = 60 *4= 240W이다.

   

3상 교류회로의 선간전압이 13200V, 선전류가 800A, 역률80% 부하의 소비전력은 약 몇 MW 인가? 2016

   ① 4.88 ② 8.45    ❸ 14.63 ④ 25.34    

[해설] 이 문제는 3상 교류 부하의 소비전력을 구하는 문제이다. 2016년에 출제되었는데, 전에

기출문제에서 보지 못했다. 설명이 길기 때문에 공식을 외우고 넘어가고 기회가 되면 설명하도록 한다

 

   

200V, 500W의 전열기를 220V 전원에 사용하였다면 이때의 전력은? 2014

    ① 400W         ② 500W         ③ 550W         ❹ 605W

[해설] 500W 전열기 200V전압을 공급했다. 220V 전압을 공급하면 몇 와트를 소비할까?

먼저 이 전열기의 부하 저항을 구한는 것이 손쉬운 방법이다. P = V * I = I² * R = V² / R 이므로

부하저항 R = 200² / 500 = 80옴 P = 220² / 80 = 605W

   

정격전압에서 1kW의 전력을 소비하는 저항에 정격의 90% 전압을 가했을 때, 전력은 몇 W 가 되는가?

    ① 630W ② 780W ❸ 810W ④ 900W 2014  

[해설]이 문제는 비례식으로 풀어야 한다. 문제의 특징이 정격전압 값, 저항값, 전류값 아무런 정보도

주지 않았다. 일단 정격전압을 V라고 보고 부하저항을 R 로 정의한다.

P = V² /R = 1000W

90%의 전압을 인가할 때 P = (0.9V)² / R = ? 비례식으로 ?을 구하면

(V² /R) * ? = 1000 * (0.9V)² / R => ? = 1000 * 0.9² = 810W

   

3kW의 전열기를 정격 상태에서 20분간 사용 하였을 때의 열량은 몇 kcal 인가? 2015

   ① 430 ② 520 ③ 610 ❹ 860

[해설] 3KW는 전력이다 전력은 열량으로 환산이 불가하다. 고로 전력량을 구해야 한다.

전력량 W= P*t = 3000w * 20 * 60 = 3,600,000[Joule]

1J =0.24cal 이므로 360000*0.24 = 864,000cal -> 864Kcal -> 약 860Kcal

   

20분간 876000J의 일을 할 때 전력은 몇 kW인가? 2015

   ❶ 0.73 ② 7.3   ③ 73 ④ 730

[해설] P * t = 일, 에너지[J] 이므로

P * 20분(60*20 초) = 876,000J P = 876,000 / 1200 = 730W -> 0.73KW

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17. 3kW의 전열기를 1시간 동안 사용할 때 발생하는 열량(kcal)은? 2016

① 3 ② 180 ③ 860 ④ 2580

[해설] 3KW * 3600초 = 10800KJ 1J = 0.24cal 이므로 10800*0.24 = 2592Kcal 약 2580Kcal

   

15. 10 ℃, 5000 g의 물을 40 ℃ 올리기 위하여 1kW의 전열기를 쓰면 몇 분이 걸리게 되는가?(단. 여기서 효율은 80%라고 한다.) 2013-10   

 ❶ 약 13분 ② 약 15분  ③ 약 25분 ④ 약 50분

[해설] 문제에서 물을 10도 -> 40도 로 올리고자 한다… 의 의미는 Cal의 개념을 질문하는 것이다

1cal는 물 1ｇ을 온도 1 [℃] 높이는데 필요한 열량이므로 30도를 올려야 한다

5000 * (40-10) = 150,000cal

H = 0.24*V*I*t=0.24*P*t -> 0.24 * 0.8Kw * t = 150,000cal t= 150/(0.24 *0.8Kw) = 781.25초 13.02분

(∵ 효율이 80%는 전열기의 1Kw 출력이 모두 나오는게 아니고 80%만 나온다는 의미 이므로 0.8kw를

대입)