저항 가열은 어떠한 원리를 이용한 것인가?
- 아크손
- 유전체손
- 줄열
- 히스테리시스손
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 저항 가열이 어떤 손실 원리를 이용하는지를 묻고 있다. 저항 가열은 전류가 도체를 통과할 때 발생하는 줄열 즉 J²R(또는 I²R) 손실에 의해 열을 발생시키는 방식이다.
저항 가열은 도체에 전류가 흐를 때 발생하는 줄열(I²R 열)을 이용한 가열 방식이다.
개념 한 쪽
전기공사산업기사 열펌프 — 발열체와 가열원리
전기적 가열은 발열체의 성질과 가열원리별 분류를 이해해야 정확히 판단할 수 있다. 발열체의 구비조건, 저항가열의 줄열 원리, 유도 가열과 복사 가열의 구분, 고온 측정에 쓰이는 계기 원리, 그리고 발열량 계산식 등이 핵심 내용이다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「열펌프」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 발열체 구비조건 판별 | 1 | 발열체의 조건 중 방향이 뒤집힌 설명을 골라내기 |
| 플랭크법칙↔계기 짝짓기 | 1 | 복사 법칙과 온도계 종류를 연결하기 |
| 발열체 관련 상호배제 선택 | 1 | 발열체 조건과 관계 없는 설명을 가리기 |
뜻
발열체는 전기적 저항으로 열을 발생시키는 재료로서 고온에서 오랫동안 작동하므로 엄격한 구비조건을 요구한다. 구체적인 요건은 저항률이 크고 온도계수가 작을 것, 내열성과 내식성이 클 것, 가공성이 좋을 것, 그리고 최고사용온도가 가열대상 온도보다 높을 것 등이다. 팽창 계수는 작을수록 유리하므로 팽창 계수가 큰 것은 결함으로 본다.
저항가열은 전류의 열작용 즉 줄열을 이용하는 방식으로, 줄열의 전력은 P = I²R로 표현할 수 있다. 발열량 계산에서는 H = 0.24 × I² × R × t[cal] 공식을 사용하며 시간은 초 단위로 환산하여 대입한다. 이 관계로 전류·저항·시간이 발열량에 미치는 영향을 판단할 수 있다.
유도 가열은 전자기 유도에 의해 유도전류(와전류)를 금속 내부에 발생시켜 그 저항으로 열을 얻는 방식이다. 유도 가열에서 발생하는 손실은 와전류손으로 분류되며 철손의 계열로 이해할 수 있다. 반면 복사는 매질 없이 전자파 형태로 열이 전달되는 방식으로 플랭크의 복사법칙은 파장별 복사에너지 분포를 규정한다.
고온 비접촉 측정에 플랭크 복사법칙을 이용하는 계기가 광고온계이며, 복사 에너지의 총량을 이용하는 계기는 방사 온도계로 구분한다. 가열 방식 문제는 '어떤 손실 또는 원리를 이용하느냐'로 나누어 답을 찾는 것이 유리하다.
예제
발열량 계산 예시는 H = 0.24 × I² × R × t[cal] 공식을 사용한다. 예를 들어 저항값이 10[Ω], 전류가 10[A]이고 이 상태가 10분 동안 지속되면 시간은 600초가 되므로 H = 0.24 × 10² × 10 × 600 = 144,000[cal] = 144[kcal]이 된다. 계산 과정에서 시간의 단위를 초로 바꾸지 않거나 kcal로의 환산을 누락하면 오답이 되므로 단위 환산을 반드시 점검해야 한다.
발열체의 구비조건 판단 예시는 '저항률이 크고 온도계수가 작다'는 기준으로 선지의 방향(크다/작다)을 확인하면 정답을 고를 수 있다. 팽창 계수가 크다고 기술한 선지는 발열체 조건에 부합하지 않으므로 정답으로 선택해야 한다.
대표 기출 3문항
간접적인 저항가열에는 발열체가 필요하다. 이때 발열체의 필요조건으로 볼 수 없는 것은?
- 저항률이 비교적 크고 온도 계수가 작을 것
- 발열체의 최고온도가 가열온도보다 낮을 것
- 내열성이 클 것
- 내식성이 클 것
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 발열체에 요구되는 조건들 가운데 옳지 않은 항목을 묻고 있다. 발열체는 열을 내기 위해 높은 저항률과 온도에 따른 저항 변화가 작을 것, 고온에서 견디는 내열성 및 환경에 대한 내식성이 클 것을 요구한다.
발열체의 최고온도는 가열온도보다 높아야 하고, 저항률 큼·온도계수 작음·내열·내식성이 필요하다.
다음 용접 방식 중 저항용접에 속하는 것은?
- 프로젝션 용접
- 금속 아크 용접
- 가스 용접
- 단 접
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 저항용접의 종류에 해당하는 용접 방식을 묻고 있다. 프로젝션 용접은 접촉부의 저항발열과 가압으로 접합하는 저항용접의 한 형태에 해당한다.
저항용접은 접촉부의 줄열과 가압으로 접합하며 점·이음매·프로젝션·맞대기 용접이 여기 속한다.
자주 묻는 물음
- 발열체의 핵심 구비조건은 무엇인가?
- 발열체는 적당히 큰 저항률과 작은 온도계수, 높은 내열성·내식성, 좋은 가공성, 그리고 최고사용온도가 가열대상보다 높아야 한다.
- 저항가열과 유도 가열의 차이는 무엇인가?
- 저항가열은 도체에 전류를 직접 흘려 줄열(P=I²R)을 이용해 발열하는 방식이고, 유도 가열은 코일의 전자기 유도로 금속 내부에 와전류를 발생시켜 그 저항으로 발열하는 방식으로 와전류손(철손)을 이용한다.
- 플랭크의 복사법칙을 이용하는 온도계는 무엇이며 어떤 원리로 재는가?
- 플랭크의 복사법칙을 이용하는 온도계는 광고온계이며, 고온 물체가 내는 빛의 파장별 분포(색과 밝기)를 비교하여 온도를 비접촉으로 측정한다.
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