13. 에너지(Energy)

 

 

13. 1. 전기에너지의 생산과 수송(Production and Transportation of Electrical Energy)

- 발전기(Generator): 전자기 유도에 의해 전류를 발생시키는 장치.

 

- 코일이 자석속에서 회전할 때, 코일을 통과하는 자기력선속이 시간에 따라 변하면서 패러데이 법칙에 의해 유도전류가 발생한다. (역학적 에너지 -> 전기 에너지)

 

- 코일을 자석속에서 회전시키기 위해서는 터빈이 필요하고 터빈을 회전시키는 에너지 원은 다양하다.

 

  화력 발전(석탄, 석유, 천연가스) , 수력 발전 , 원자력 발전 등.

 

 

- 전력(Electric Power): 단위 시간동안 공급 또는 사용된 전기 에너지.

 

  전력(P, Electric Power) = 전압(V, Voltage) X 전류(I, Electric Current) [W, J/s].

 

- 생산전력: P = VI , 손실전력(Power Loss, 송전 과정에서 송전선의 저항에 의해 손실되는 전력): P = I²R .

 

- 손실전력은 전기 에너지의 일부가 열 에너지로 전환 된 것이다.

 

- 손실전력을 줄이기 위해 전압을 높여서 전송하거나, 저항이 작은 송전선을 사용한다.

 

 

- 직류(Direct Current): 전류의 세기와 방향이 시간에 따라 일정한 전류.

 

  전기기구에서 사용하고, 전압을 높이기 어려워 전기 에너지를 먼 거리까지 수송하는데 어려움이 있다.

 

- 교류(Alternating Current): 전류의 세기와 방향이 시간에 따라 주기적으로 바뀌는 전류.

 

  전압을 바꾸기 쉬워서 발전소에서 전기를 공급할 때 사용한다.

 

- 변압기(Electrical Transformer): 송전 과정에서 전압을 변화시키는 장치.

 

  1차 코일과 2차 코일의 감은 수를 조절하여 전압을 조절한다.

 

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13. 2. 핵에너지(Nuclear Energy)

 

- 핵반응(Nuclear Reaction): 핵분열과 핵융합.

 

- 핵반응 후 질량의 합은 핵반응 전보다 줄어들게 된다.

 

  질량이 줄어든 만큼 에너지로 전환된다. E = mc².

 

 

- 핵분열(Nuclear Fission): 한 원자핵에 중성자와 같은 입자가 충돌할 때, 2개 이상의 다른 원자핵으로 나누어지는 반응.

 

- 연쇄반응(Chain Reaction): 우라늄이 핵분열을 할 때 방출하는 2 ~ 3개의 중성자가 다름 우라늄에 계속 흡수되어 핵분열이 연쇄적으로 기하급수적으로 일어나는 반응.

 

- 감속재(Moderator): 중성자가 우라늄에 잘 흡수되도록 중성자의 속도를 줄이는 역할.

 

- 제어봉(Control Rod): 연쇄 반응이 너무 빠르게 일어나지 않도록 중성자를 흡수하여 중성자를 줄이는 역할.

 

 

- 핵융합(Nuclear Fusion): 초고온 상태에서 가벼운 원자핵들이 융합하여 무거운 원자핵으로 변하는 반응.

태양과 핵융합로(토카막)에서 이용.

 

 

- 방사성 원소(Radioactive Element): 불안정한 원자핵이 입자들이나 전자기파를 방출하고 보다 안정한 원자핵으로 변하는 원소.

 

  1) 알파 붕괴(Alpha Decay): 원자핵이 알파입자(헬륨원자핵(양성자 2, 질량수 4))를 방출하면서 다른 원자핵으로 변환.

 

  2) 베타 붕괴(Beta decay): 원자핵 속의 중성자가 베타입자(전자)를 방출하면서 양성자로 변환.

 

  3) 감마 붕괴(Gamma Decay): 알파 붕괴, 베타 붕괴가 일어난 후 높은 에너지 상태에 있는 원자핵이 감마선(전자기파)을 방출하면서 낮은 에너지 상태의 원자핵이 되는 것.

 

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