강의 · 전기 에너지의 전환과 소비 전력

VII. 전기와 자기 · 전기 회로와 에너지

전기 에너지의 전환과 소비 전력

전기 에너지를 쓰는 빠르기와 그 양

도입

발전소에서 우리 집까지

전기 에너지

학습지 6 · 소비 전력

오늘의 키워드

전기 에너지

소비 전력

전력량

에너지 효율

정리 · 문제

여기서 출발!

1전기 에너지234

지금 배우는 키워드는 오른쪽 위에 계속 표시돼요

1전기 에너지

필요한 형태로 바뀌어 쓰인다

전기 에너지전류가 공급하는 에너지

단위J (줄)

전기 기구전기 에너지를 빛 · 열 · 소리 · 운동 에너지로 전환하여 사용1

1전기 에너지

기구마다 다른 에너지로

토스터기

스피커

선풍기

선풍기는 주로 운동 에너지로 전환

1전기 에너지

날개만 움직일까?

윙

공급된 전기 에너지가 날개를 돌리는 데만 쓰이지는 않는다

1전기 에너지

모두 날개에 쓰이지는 않는다

전기 에너지

운동 날개

열 모터

소리

들어온 양 = 나간 양

띠 폭 = 같은 시간 동안의 에너지 양

1전기 에너지

전구를 켜는 목적

빛을 얻으려고 켰는데, 열도 나온다

1전기 에너지

목적에 쓰이지 못한 부분

전기 에너지

빛 목적

열

에너지 손실

목적에 사용되지 못한 부분

사라진 것이 아니라, 원한 일에 쓰이지 못한 것

띠 폭 = 같은 시간 동안의 에너지 양

2소비 전력

같은 일을 하는 두 기구

어느 쪽이 전기 에너지를 더 많이 필요로 할까?

≈

손실

손실이 많을수록
더 많이 공급받아야

비교할 때 보는 것
소비 전력

띠 폭 = 같은 시간 동안의 에너지 양

2소비 전력

이 표시, 본 적 있나요?

예

W와트소비 전력의 단위

2소비 전력

전기 에너지를 쓰는 빠르기

소비 전력

정의전기 기구가 1초2 동안 사용하는 전기 에너지3의 양

단위W4 (와트) · 1 kW = 10005 W

× 0

1초 동안 지나간 양

조각 1개 = 1 J (에너지의 양을 나타낸 표시)

30 W 예

2소비 전력

소비 전력의 단위

1 W = 1초에 1 J의 전기 에너지를 사용

J/s는 「줄 나누기 초」

2소비 전력

1초에 몇 J을 쓸까?

이번 1초 동안 지나간 양

1 W

30 W

100 W

1초에 1 J

1초에 30 J

1초에 100 J

3초 동안

예) 990 W짜리 전기난로는 1초마다 9906 J씩 사용한다.

2소비 전력

직접 구해 볼까요?

0.0 s

사용한 전기 에너지

0 J

5초 동안 150 J 사용

그럼 1초에는 몇 J?

2소비 전력

150 J을 5초로 나누면

150 J

0 J

1초 동안

150 J ÷ 5 s = 30 J/s

1 J/s = 1 W이니까 30 W

2소비 전력

소비 전력 구하기

2소비 전력

1초에 더 많이 쓰는 기구는?

많은 것부터 순서대로 배열해 볼까요?

전기 기구전환되는 에너지소비 전력(W)

⑤ → ④ → ② → ① → ③

2소비 전력

비슷한 밝기, 다른 소비 전력

백열전구 60 W

LED 램프 8 W

≈

1초에 60 J

1초에 8 J

2소비 전력

빛을 얻으려고 켰는데

60 W

약 95 %

열로 발산

빛 약 5 %

백열전구는 저효율 조명 기구

띠 폭 = 1초 동안의 에너지 양

2소비 전력

같은 1초 동안

백열전구 60 W

LED 램프 8 W

0 J

LED가 사용하는 전기 에너지

약 0 % 적게

(60 − 8) ÷ 60 = 0.866… → 약 87 %

칸 1개 = 1 J

2소비 전력

소비 전력이 작을수록 늘 좋을까?

소비 전력

바람의 세기(성능)가 다르면 소비 전력만으로 비교할 수 없다

2소비 전력

성능이 비슷할 때 비교한다

밝기 ≈

바람 ≈

60 W

8 W

소비 전력

같은 성능이라면 소비 전력이 작은 기구가 효율적

3전력량

얼마 동안 썼는지까지 곱하면

전력량일정 시간 동안 사용한 전기 에너지 양

계산소비 전력 × 시간7 ( W × h )

정의전기 기구가 일정 시간 동안 소모하는 전기 에너지 양

단위Wh8 (와트시) · 1 kWh = 1000 Wh

소비 전력 (W)

시간 (h)

빠르기

전력량 = 사용한 양

0.0 h

W × h = Wh

3전력량

예제 — 헤어드라이어

헤어드라이어 1000 W

0.0 h

2000 Wh

1 kWh

예제소비 전력이 1000 W인 헤어드라이어를 2시간 사용하면 전력량은 1000 W × 2 h = 20009 Wh = 210 kWh이다.

3전력량

누가 더 많이 썼을까?

규칙 ① 같은 시간이라면 — 소비 전력이 큰11 기구의 전력량이 더 큼

규칙 ② 시간이 다르다면 — 소비 전력 × 시간12 을 곱해서 비교

전기 기구소비 전력(W)사용 시간(분)소비 전력 × 시간소비 전력

※ 표의 곱은 W × 분 — 크기를 견주는 값이에요(Wh가 아님)

다리미(3분)보다 텔레비전13(4시간)이 더 많이 썼다.

소비 전력은 속도일 뿐 — 전력량은 시간14까지 곱해야 나온다.

3전력량 · 실생활

효율 등급 라벨 읽기

바늘이 가리키는 숫자가 효율 등급 — 115등급에 가까울수록 효율적 (가장 낮은 등급은 516등급)

이 제품을 1시간 켜 두면 125.317 Wh를 쓴다

성능이 같다면 등급 숫자가 작은18 쪽을 고른다

4에너지 효율

필요한 에너지로 바뀌는 비율

에너지 효율

정의전기 기구에 공급19한 에너지 중에서 필요한 에너지20로 전환되는 비율

전구의
효율공급한 전기 에너지 중, 빛 에너지21로 전환되는 비율

백열전구 60 W

LED 램프 8 W

빛 약 5 %

빛

비슷한 빛을 더 적은 에너지로 → 에너지 효율이 높다

4에너지 효율

공급한 에너지가 같은 두 전구

에너지 효율 비교예

공급A, B 모두 전기 에너지 100

전구 A빛 15 · 열 85

전구 B빛 85 · 열 15

에너지
효율A < B

전구 A 공급 100

전구 B 공급 100

열 85

빛 15

빛 85

열 15

같은 100 중 빛 에너지로 더 많이 바뀐 쪽 → B의 에너지 효율이 더 크다

4에너지 효율

성능이 같다면?

동시에 끓기 시작

1500 W

1600 W

1500 W

1600 W

1초에 1500 J

1초에 1600 J

+100 J 더 새어 나간 열(손실)

여기까지는 두 주전자가 같다

물 1 L를 넣고 동시에 켰더니 동시에 끓기 시작한 두 주전자 → 성능은 같다22

1600 W 주전자는 1초마다 10023 J을 더 사용한다.

성능이 같다면 소비 전력이 작은24 기구가 효율적

4에너지 효율

아껴야 하는 진짜 이유

전기를 만드는 과정에서 이산화 탄소 같은 온실 기체25가 나온다

절약은 요금 이전에 온실 기체26 배출을 줄이는 일

화석 연료(석탄·가스 등)를 태워 전기를 만들 때 이산화 탄소가 나온다

정리

오늘 배운 것

W 표시를 발견하면 이렇게 읽어 보세요

이 기구는 1초에 몇 J의 전기 에너지를 사용할까?

1초에 60 J

전기 에너지의 전환과 소비 전력

문제로 확인하기

1234

오늘 배운 내용으로 4문제를 풀어 봅시다

문제 1 / 4 중간

소비 전력과 전력량에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

①소비 전력은 1초 동안 소비하는 전기 에너지의 양이다.
②소비 전력의 단위 W는 1초에 1 J의 전기 에너지를 소비한다는 뜻이다.
③소비 전력이 큰 기구는 사용 시간과 관계없이 언제나 전기 에너지를 더 많이 소비한다.정답
④1 kW는 1000 W와 같다.
⑤전력량은 소비 전력에 사용 시간을 곱하여 구하며, 단위로 Wh를 쓴다.

정답 ③ · 풀이

소비 전력은 1초 동안 소비하는 양이므로, 실제로 소비한 전기 에너지의 총량인 전력량은 소비 전력에 사용 시간을 곱해야 정해집니다. 소비 전력만 크다고 언제나 더 많이 소비하는 것은 아니므로 ③이 옳지 않습니다.실제로 2000 W 기구를 1분 쓰면 2000 × 1 = 2000이고, 100 W 기구를 30분 쓰면 100 × 30 = 3000이 되어 소비 전력이 작은 쪽이 더 많이 소비할 수도 있습니다. ①·②·④·⑤는 모두 정의 그대로의 설명입니다.

문제 2 / 4 중간

소비 전력이 서로 같은 두 전등 A, B가 있다. A는 소비한 전기 에너지의 85 %를 빛 에너지로 전환하고, B는 10 %를 빛 에너지로 전환한다. 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

보기

ㄱ.두 전등을 같은 시간 동안 켜 두면 A가 B보다 더 밝다.○

ㄴ.B는 소비한 전기 에너지의 대부분을 열 에너지로 전환한다.○

ㄷ.B는 A보다 1초 동안 소비하는 전기 에너지가 더 많다.✗

①ㄱ, ㄴ정답
②ㄷ
③ㄱ
④ㄴ, ㄷ
⑤ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 ① · 풀이

소비 전력이 같으므로 같은 시간 동안 소비하는 전기 에너지도 같고, 그중 빛으로 전환되는 비율이 큰 A가 더 밝습니다(ㄱ). B는 10 %만 빛이 되므로 나머지 90 %는 대부분 열 에너지로 빠져나갑니다(ㄴ).ㄷ은 문제에 주어진 '소비 전력이 서로 같다'는 조건을 놓친 진술입니다. 소비 전력이 같으면 1초 동안 소비하는 전기 에너지도 같으므로, B가 더 많이 소비한다고 말할 수 없습니다. 효율이 낮다는 것과 많이 소비한다는 것은 다른 말입니다.

문제 3 / 4 도전

다음은 전구 A와 B를 각각 10초 동안 켜 두었을 때 전환된 에너지의 양을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

①A의 소비 전력은 20 W, B의 소비 전력은 60 W이다.
②소비 전력은 A가 B보다 크지만, 소비한 전기 에너지 중 빛으로 전환되는 비율은 B가 더 높다.정답
③소비 전력이 큰 A가 빛으로 전환되는 비율도 더 높으므로, A가 B보다 효율적이다.
④두 전구 모두 소비한 전기 에너지의 절반보다 많은 양을 빛 에너지로 전환한다.
⑤B는 소비 전력이 작으므로, 같은 시간 동안 A보다 더 밝은 빛을 낸다.

정답 ② · 풀이

10초 동안 A는 90 + 510 = 600 J, B는 40 + 160 = 200 J을 소비했으므로 소비 전력은 A가 600 ÷ 10 = 60 W, B가 200 ÷ 10 = 20 W입니다. 그런데 빛으로 전환된 비율은 A가 90 ÷ 600 = 15 %, B가 40 ÷ 200 = 20 %로 B가 더 높습니다. 따라서 ②가 옳습니다.①은 소비 전력을 서로 뒤바꾼 것이고, ③은 '소비 전력이 크면 효율도 좋다'는 오해입니다. ④는 두 전구 모두 빛의 비율이 절반에 한참 못 미치므로 틀렸고, ⑤는 실제로 빛 에너지가 A 90 J, B 40 J이므로 A가 더 밝습니다. 효율이 높다고 더 밝은 것은 아닙니다.

문제 4 / 4 도전

다음은 어느 날 두 전기 기구를 사용한 기록이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 1 kW = 1000 W이다.)

①두 기구가 이날 소비한 전기 에너지의 양은 서로 같다.정답
②선풍기를 훨씬 더 오랫동안 켜 두었으므로 선풍기가 전기 에너지를 더 많이 소비하였다.
③소비 전력이 훨씬 큰 전기난로가 선풍기보다 전기 에너지를 더 많이 소비하였다.
④전기난로의 소비 전력 1.5 kW는 1초 동안 150 J의 전기 에너지를 소비한다는 뜻이다.
⑤선풍기는 소비한 전기 에너지를 주로 열 에너지로 전환한다.

정답 ① · 풀이

먼저 단위를 맞추면 전기난로의 소비 전력은 1.5 kW = 1500 W입니다. 전력량 = 소비 전력 × 시간이므로 1500 W × 4분 = 6000, 40 W × 150분 = 6000 — 두 값이 같습니다. 시간 단위로 계산해도 1500 W × (4/60)시간 = 100 Wh, 40 W × 2.5시간 = 100 Wh로 같습니다. 따라서 ①이 옳습니다.③은 소비 전력만 보고 판단한 것이고, ②는 사용 시간만 보고 판단한 것입니다. 둘 다 곱해 보아야 합니다. ④는 1.5 kW = 1500 W이므로 1초에 1500 J이 맞고, ⑤ 선풍기의 주된 전환은 날개를 돌리는 운동 에너지입니다.