중3 과학 6단원 전기에너지의 발생과 전환 - 전기 에너지 전환
우리가 더울 때 에어컨이나 선풍기로 시원함을 느끼고, 월드컵이나 올림픽 또는 아시안게임 등 국가대표들 간 스포츠 경기를 보기 위해서 TV가 있어야 하고, 배고플 때 밥을 먹어야 하기 때문에 밥솥이 있어야 합니다. 이처럼 우리는 다양한 전기제품을 이용하여 생활에서 불편함이 없도록 살고 있는데요, 전기가 없다면 가전제품들은 필요가 없겠죠? 그럼 전기 에너지가 이런 가전제품을 작동시킬 때 에너지가 어떻게 전환이 되는지에 대해서 알아보겠습니다.^^
전기 에너지의 전환
가정에서 사용하는 전기제품에는 다양한 것이 있죠. 형광등, TV, 에어컨, 선풍기, 전기히터, 냉장고등등 여러가지가 있지만, 교과서에 나오는 위주로 설명하도록 하겠습니다.
TV
TV를 보기 위해서는 전기가 필요하죠. TV에 연결된 전선을 콘센트에 꼽으면 전류가 TV로 흐르겠죠? 그럼 전기 에너지이고, 이때 흐른 전류는 TV 화면에 영상으로 송출이 됩니다. 영상으로 송출이 되므로 빛에너지, 그리고 소리도 나오죠. 소리에너지로, 정리를 하자면 전기 에너지가 빛 에너지 와 소리 에너지로 전환이 되는 것이예요^^
충전기
요즘 누구나 휴대폰을 다 가지고 있죠. 휴대폰을 가지고 있다가 베테리가 다 되어 낭패를 경험해 본 적 있지 않으세요? 그러면 어디서든 충전을 하려고 합니다. 이때 충전기는 전기 에너지를 화학 에너지로 전환이 됩니다. 우리가 사용하는 휴대폰에는 배터리가 있는데, 이 배터리 안에는 화학물질이 들어 있어요. 화학물질들이 반응하면서 전기가 생산이 됩니다. (건전지와 같은 원리예요^^)
에어컨 및 선풍기
날씨가 더울 때 시원한 곳에 들어가려고 하죠? 매장마다 에어컨이 있어서 시원함을 느낄 수 있습니다. 그럼 에어컨이나 선풍기는 전기 에너지가 어떤 에너지로 전환이 될까요? 에어컨이나 선풍기에 전류가 흐르면 시원한 바람이 나오죠? 바로 운동 에너지입니다. 따라서 전기 에너지가 운동 에너지로 전환이 되죠. 선풍기 같은 경우 오래 사용하면 시원한 바람보다는 더운 바람을 느낄 수 있는데, 이는 선풍기 뒤쪽에 있는 모터에서 열이 발생하기 때문입니다. 이처럼 전기 에너지가 운동에너지뿐만 아니라 다른 에너지로도 전환이 될 수 있습니다.
- 운동 에너지를 역학적 에너지라고도 합니다. 역학적 에너지는 위치 에너지와 운동 에너지의 합이죠. 그래서 운동 에너지 또는 위치 에너지를 역학적 에너지라고도 한다는 것 알아두세요. 가끔 학생들이 운동 에너지인데 역학적 에너지라고 하면 틀린 것 아닌가요?라고 하는데, 아니에요^^ 역학적 에너지라고 해도 됩니다.
전기밥솥이나 전기히터
전기밥솥에 쌀을 씻어 넣으면 흰 밥이 되죠. 왜? 열이 나오기 때문입니다. 그럼 전기밥솥은 전기 에너지가 어떤 에너지로 전환일까요? 전기히터도 전류가 흐르면 열이 나오죠??
따라서 전기밥솥이나 전기히터는 전기 에너지가 열 에너지로 전환이 됩니다.
에너지 보존 법칙
에너지 보존 법칙은 처음 들어올 때 에너지와 사용되는 에너지의 양은 같다는 것으로, 선풍기 같은 경우 시원한 바람이 나오다가 장시간 사용하다 보면 미지근한 바람이 나오게 되죠. 이는 전기 에너지가 운동에너지로 전환이 되지만, 일부는 전기모터에서 열에너지로 전환이 되기 때문입니다. 그럼 처음 들어온 전기 에너지의 총량이 100이라고 한다면 선풍기를 사용할 때 사용하는 운동 에너지와 열 에너지의 총량도 100이라고 보는 것이죠. 이처럼 에너지는 중간에 사라지거나 소멸되는 것이 아니라 다른 에너지로 전환이 된다는 것이 에너지 보존 법칙입니다.
에너지 보존 법칙 예시
농구공을 높은 곳에서 떨어뜨리면 어떻게 될까요? 지면에 도달하고 다시 올라오지만, 원래 높이까지는 안 올라오죠. 그러다가 시간이 지나면 지면에 있게 되는데요~
그림에서 가장 높을 곳에 있을 때 에너지가 100이라면 A지점에서 총 에너지중 일부는 부딪히면서 마찰에 의한 열 에너지, 부딫히면서 나는 소리 에너지로 전환이 되기 때문에 원래 높이까지 올라가지 못합니다. B와 C에서도 마찬가지이죠. 각 지점에서 전환되는 에너지와 농구공이 올라가는 에너지를 합한 총에너지는 변하지 않죠. 정리를 하자면 농구공이 떨어지는데 지면에 부딫히고 나서 원래 높이까지 올라가지 못하는 이유는 에너지가 사라지는 것이 아니라, 마찰에 의한 열 에너지와 지면에 부딫힐 때 생기는 소리 에너지로 일부가 전환이 되었기 때문입니다. 전환된 에너지와 농구공의 운동 에너지를 합한 총 에너지는 처음 공을 떨어뜨리기 전 총에너지와 같다는 것이 에너지 보존 법칙입니다.
이해가 되시나요?
에너지의 전환과 보존
이 중단원에서 이야기하고자 하는 것은 두 가지입니다. 첫째는 에너지는 다양한 에너지로 전환이 되는 것. 둘째 에너지는 사라지는 것이 아니고 다른 에너지로 전환이 되는 것입니다.
에너지가 사라지지 않는 것 잊지 마세요^^
이상 전기 에너지의 전환에 대해서 알아봤습니다. 다음에는 가정에서 소비되는 전기 에너지를 계산하는 방법에 대해서 알아보도록 하겠습니다.^^ 읽는 모든 분들께 도움이 되었으면 합니다.