줄 발열이란?
줄 발열(저항 발열 또는 옴 발열이라고도 합니다)은 전류가 도체를 흐를 때 전기에너지가 열로 바뀌는 현상입니다. 이 계산기는 줄의 제1법칙인 \(Q = I^{2} \cdot R \cdot t\)를 이용해 발생하는 총 열에너지를 구합니다. 발열 코일, 퓨즈, 전선, 백열전구, 전자 부품 등 저항을 가진 모든 소자에 똑같이 적용됩니다.
계산기 사용법
세 가지 값만 입력하면 됩니다. 전류 \(I\)(암페어), 저항 \(R\)(옴), 시간 \(t\)(초)입니다. 그러면 총 열에너지 \(Q\)(줄)와 함께 소비 전력(\(P = I^{2}R\)), 저항 양단의 전압 강하(\(V = IR\))를 구해 주고, 편의를 위해 킬로줄과 칼로리 단위로 환산한 값까지 함께 보여 줍니다.
공식 풀이
핵심 식은 다음과 같습니다.
$$Q = I^{2} \cdot R \cdot t$$옴의 법칙 \(V = IR\)이 성립하므로, 같은 열량을 \(Q = V \cdot I \cdot t = (V^{2}/R) \cdot t\) 로도 나타낼 수 있습니다. 전력은 단위 시간당 열량, 즉 \(P = Q/t = I^{2}R\) 입니다. 전류를 2배로 늘리면 열량은 4배가 되는데(\(I^{2}\) 항 때문), 바로 이 점 때문에 대전류 회로에서는 전선 굵기를 신중하게 선정해야 합니다.
계산 예시
어떤 히터가 10 Ω 발열체에 2 A의 전류를 60초 동안 흘려보낸다고 합시다. 열량은 다음과 같습니다.
$$Q = I^{2} \cdot R \cdot t = 2^{2} \times 10 \times 60 = 4 \times 10 \times 60 = 2{,}400 \ \text{J}$$(2.4 kJ)입니다. 소비 전력 \(= I^{2}R = 4 \times 10 = 40 \ \text{W}\), 전압 강하 \(= IR = 2 \times 10 = 20 \ \text{V}\)가 됩니다.
자주 묻는 질문
교류(AC) 회로에도 쓸 수 있나요? 네, 전류의 실횻값(RMS)을 사용하고 순수 저항 부하인 경우에 적용됩니다. 리액턴스가 있는 부하에서는 저항 성분만 열을 발생시킵니다.
열량을 칼로리로도 보여 주는 이유는? 1칼로리 = 4.184줄입니다. 칼로리 단위는 전기 가열을 물이나 다른 물질의 온도 변화와 연관 지을 때 유용합니다.
시간이 분 단위라면? 공식은 SI 단위를 사용하므로 먼저 초로 환산하세요(분에 60을 곱하면 됩니다).
