전기응용 및 공사재료›전기응용

전열방식과 설계 (공사)

Electric Heating Methods & Design

전기 에너지 → 열 에너지 변환

🔥 전열 = 전기로 열을 만드는 모든 방식

① 저항 가열: 도체에 전류 → 줄열 (가장 기본, 전기로·히터)

② 유도 가열: 교번 자속 → 와전류 → 열 (금속 가열에 최적)

③ 유전 가열: 교번 전계 → 분자 마찰 → 열 (목재·식품 건조)

3대 전열방식 비교

가열방식1

전열방식별 에너지 전달 원리 비교

🔑 방식 선택 기준

① 도전체 가열 → 저항가열 or 유도가열

② 비도전체(목재, 식품, 플라스틱) → 유전가열

③ 금속 표면 경화(담금질) → 고주파 유도가열

전열 계산 공식

줄열 (저항가열)

Q = 0.24 I²Rt [cal]

Q = I²Rt [J], 1 cal = 4.186 J

유도가열 전력

P ∝ f · B² · ρ [W]

f: 주파수, B: 자속밀도, ρ: 고유저항

유전가열 전력

P = 2πfCV²tanδ [W]

f: 주파수, C: 정전용량, tanδ: 유전체 손실각

열량·온도 관계

Q = mcΔT [J]

m: 질량[kg], c: 비열[J/kg·K], ΔT: 온도상승[K]

전기용접·전기로·열펌프

⚡ 전기용접 분류

① 아크 용접: 아크열 이용 (3,000~6,000°C)

② 저항 용접: 접촉 저항열 (점용접, 심용접)

③ 테르밋 용접: 알루미늄+산화철 화학반응열

전기로 분류

직접/간접 저항로, 아크로, 유도로

아크로: 제강용, 유도로: 특수합금 용해, 저항로: 열처리

열펌프 성적계수

COP = Q_h / W

COP: 3~5 (전기히터의 3~5배 효율), Q_h: 방열량, W: 소비전력

시험 포인트 총정리

줄열

Q=I²Rt

저항가열 기본

유전가열

P=2πfCV²tanδ

비도전체 가열

🎯 시험 포인트

① 3대 가열방식(저항/유도/유전)의 원리·적용 대상 구별

② 유전가열: 주파수↑ → 발열↑, tanδ↑(손실 큰 재료) → 발열↑

③ 유도가열: 침투깊이 δ = 1/√(πfμσ) → 고주파 = 표면가열

④ 열펌프 COP 계산 + 히트펌프 vs 전기히터 효율 비교

⑤ 전기용접: 아크 vs 저항 용접 원리 차이