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전기기사 전기응용 · 전열방식과 설계 (공사)

Electric Heating Methods & Design

전열은 전기 에너지를 열로 바꾸는 응용이고, 방식은 저항 · 유도 · 유전 가열 셋으로 나뉜다. 저항 가열은 전류가 저항을 지날 때의 줄열을, 유도 가열은 금속 속 와전류를, 유전 가열은 전기가 통하지 않는 물질 속 유전 손실을 쓴다. 방식마다 발열 전력 식이 달라 어느 양이 열을 키우는지가 계산 문제의 핵심이에요. 가열 방식 슬라이더를 1 · 2 · 3 으로 옮기면 그림이 니크롬선 · 코일과 와전류 · 전극판과 전계로 바뀌고 그 방식의 식이 아래에 나와요.

전기 에너지 → 열 에너지

🔥 전열: 전기로 열을 만드는 방식
① 저항 가열: 도체에 전류를 흘려 줄열을 얻는다(전기로 · 히터)
② 유도 가열: 교번 자속이 금속에 와전류를 일으켜 열이 난다(금속 가열)
③ 유전 가열: 교번 전계 속에서 유전체의 분극이 따라가며 손실이 열이 된다(목재 · 식품 건조)

세 전열 방식 비교

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🔑 방식 고르는 기준
① 전기가 통하는 물체는 저항 가열이나 유도 가열을 쓴다
② 목재 · 식품 · 플라스틱처럼 전기가 통하지 않는 물체는 유전 가열을 쓴다
③ 금속 표면만 단단하게 하는 담금질에는 고주파 유도 가열이 알맞아요

전열 계산 식

줄열(저항 가열)
Q = 0.24 I²Rt [cal]
Q = I²Rt [J], 1 cal = 4.186 J
유도 가열 전력
P ∝ f² · B² / ρ [W]
와전류손. 주파수와 자속 밀도의 제곱에 비례하고 고유 저항 ρ 에 반비례한다
유전 가열 전력
P = 2πfCV²tanδ [W]
f: 주파수, C: 정전 용량, V: 전압, tanδ: 유전 정접(δ = 손실각)
열량과 온도
Q = mcΔT [J]
m: 질량[kg], c: 비열[J/kg·K], ΔT: 온도 상승[K]

전기 용접 · 전기로 · 열펌프

⚡ 전기 용접 분류
① 아크 용접: 아크열(3,000 ~ 6,000 °C)로 녹여 붙인다
② 저항 용접: 맞댄 자리의 접촉 저항열로 붙인다(점용접 · 심용접)
③ 테르밋 용접은 알루미늄과 산화철의 반응열을 쓰는 화학 용접이라 전기 용접이 아니고, 보기로 함께 나와요
전기로 분류
직접 · 간접 저항로, 아크로, 유도로
아크로는 제강, 유도로는 특수 합금 용해, 저항로는 열처리에 쓴다
열펌프 성적 계수
COP = Qh / W
COP 는 보통 3 ~ 5 로 같은 전력의 전기 히터보다 열을 3 ~ 5배 낸다. Qh: 방열량, W: 소비 전력

정리: 자주 나오는 식

줄열
Q=I²Rt
저항 가열의 기본
유전 가열
P=2πfCV²tanδ
전기가 안 통하는 물체 가열
🎯 시험 포인트
① 세 가열 방식(저항 · 유도 · 유전)의 원리와 쓰는 대상을 구별한다
② 유전 가열은 주파수가 높을수록, tanδ 가 큰 재료일수록 열이 많이 난다
③ 유도 가열의 침투 깊이 δ = 1/√(πfμσ) 라 고주파일수록 표면만 데워진다
④ 열펌프 COP 계산과, 같은 열을 내는 전기 히터와의 소비 전력 비교
⑤ 전기 용접은 아크 용접과 저항 용접의 원리 차이를 물어요
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