1. Abstract
줄발열은 저항이 있는 도체에 전류가 흐를 때 일어나는 발열 현상을 일컫는 용어입니다. 줄 발열 기능을 사용하면 도체에 흐르는 전류에 의해 발생하는 전류 밀도와 전위를 알 수 있습니다 . 또한 발열에 의한 온도 변화를 확인할 수 있습니다.
2. Technology 배경
2-1. 줄발열
줄발열은 옴 발열 , 저항 발열이라고도 하는데 , 전류가 도체에 흐르는 과정에서 열이 발생하는 현상을 말합니다. 발열량은 전류의 제곱에 비례하는데 , 이런 관계는 줄의 제 1 법칙 , 또는 줄 렌츠 법칙으로 알려져 있습니다.
발열량∝전류^2∙저항∙시간
줄 발열은 전류의 방향과는 무관하게 일어납니다.
줄 발열은 전류를 발생 시키는 전자가 움직이면서 도체를 구성하는 원자의 이온과 부딪혀 발생합니다 . 전기 회로에서 하전된 입자 전자 는 전자기장에 의해 가속되는데 , 이온과 충돌할 때마다 운동 에너지를 전달합니다 . 이온의 운동 에너지나 진동 에너지의 증가는 자체적으로 열을 발생케 하여 도체의 온도가 상승합니다 . 도체에 공급된 전기 에너지로부터 전이된 열 에너지는 도체와 접촉한 물질들을 통해 전파됩니다.
3. Technology 이론 소개
3-1. 직류
가장 기본적이고 일반적인 줄 발열의 공식은 다음과 같습니다.
P=(VA−VB)∙I
P: 전력전력, I: 전류전류, (VA−VB): 전위차
여기에 옴의 법칙 V=I∙R 을 적용하면 다음과 같이 표현할 수도 있습니다
P=I∙V=I^2∙R=V^2/R
R: 저항
3-2.교류
교류와 같이 전류가 시간에 따라 변하면 줄 발열 공식은 다음과 같습니다.
P(t)=I(t)∙V(t)
여기서 P(t)는 특정 시점에서 전기 에너지가 열로 바뀌는 일률입니다 . 일반적으로 시간에 따라 변하는 순간적 일률보다 시간과 무관한 평균적 일률이 더 자주 쓰입니다.
"avg"는 평균을 의미하고 , "rms" 는 제곱근을 의미합니다.
3-3. 미분 형식
플라스마 물리학에서는 줄 발열이 공간상 특정 지점에서 계산됩니다 . 줄 발열 방정식의 미분꼴을 풀면 단위 부피당 일률을 구할 수 있습니다.
dP/dV=J∙E
J: 전류 밀도밀도, E: 전기장
자기장안에 있지 않고 전하를 띠지 않은 플라스마의 열전도율을 σ라 할 때 , 위 식은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
이 식은 P=I^2∙R과 닮은꼴입니다.
3-4. 고전압으로 송전하는 이유
전력 전달을 할 때 , 전선의 줄 발열을 줄이기 위해 고전압이 사용됩니다 . 귀중한 전력은전선이 아니라 소비자에 의해 쓰여야 하기 때문에 전선에서의 줄 발열은 송전 손실입니다 .
전력은고전압 저전류로 송전될 수도 있고 , 저전압 고전류로 송전될 수도 있습니다 .변압기는 높은 송전 전압을 낮은 전압으로 바꾸어 고객이 사용할 수 있게 합니다 .전선에서의 전력 손실은 도체의 저항과 전류의 제곱에 비례하기 때문에 , 저전류 고전압을 사용하면 줄 발열에 의한 전선의 에너지 소모를 줄일 수 있습니다.
4. Technology 사용법
4-1. 예제 설명
예제는반도체 공정에 쓰이는 척 chuck) 입니다 척에 전력이 공급되어 웨이퍼를가열하면 척은 전력에 의한 발열과 자연대류에 의한 냉각 사이에서 평형을 이룰 것입니다 예제의 모델 형상은 다음과 같습니다.
😥 미리 보기는 여기까지!
내용을 이어서 보고 싶다면,
아래 정보를 입력해 주세요.
