주울열과 전선의 굵기

주울의 법칙

 

외부의 힘 즉 전압에 의해 전자의 흐름인 전류가 발생할 때 전자들의 운동은 도체 내부에 존재하는 원자핵 및 속박전자 그리고 내부 불순물들과의 충돌로 인하여 저지를 받는다. 이러한 방해를 극복하고 한 방향으로 진행하는 과정에서 마찰열 및 원자의 열진동을 발생시킨다. 이처럼 전류가 흐르는 것에 의해 도체에 발생하는 열을 주울열이라고 한다. 전열기, 전기다리미, 백열전구 등은 이것을 이용한 것이다.

영국의 주울은 1840년 이 발열량에 대해 상세한 실험을 해서 하나의 법칙을 발견했다. 그에 따르면 t 초 동안 도체에 전류 I를 흘렸을 때 발생하는 열량 Q는 전류의 제곱과 도체 저항 R의 곱에 비례한다는 것이다. 이것을 주울의 법칙이라고 한다.

Q(Joule) = I^2R t

전열기에 전류를 흘리면 니크롬선은 뜨거워지는데 도중의 코드는 뜨거워지지 않는 것은 니크롬선 쪽이 코드 보다 훨씬 저항이 크기 때문인 것이다. 즉 같은 전류 흐름에 비해 저항이 크기 때문에 열 발생이 크다.

 

한전에서 전봇대로 전기를 공급할때 전압을 높게 하는 이유도 이 주울열때문이다.

위의 공식을 보면 같은 굵기의 전선에서 흐르는 전류가 작아지면 열이 적게 발생되는데 공급전압을 높이면 같은 전력을 사용할때 상대적으로 전류가 적게 흐른다.

 

전기를 잘모르는 사람은 전압이 높으면 전선이 굵어야 되는것으로 생각하는데 사실은 그 반대이다.

전봇대에 위쪽에는 22900v의 특고압의 전압을 공급하지만 전의 굵기는 손가락 정도이다.

하지만 같은 전력을 220V 로 공급하려면 굵기가 사람 팔뚝 정도는 되어야 할것이다.