안녕하세요. 구본민 전문가입니다.
Q. 전기난로에 코일선은 왜 녹지않을까요?
안녕하세요. 구본민 박사입니다.전기 난로에서 코일선이 빨갛게 달아 오르면서 열을 방출하는데도 변형이 생기지 않는 이유는, 난로에 사용되는 코일선이 내열성이 매우 뛰어난 특수 금속으로 제작되었기 때문입니다. 이 금속들은 높은 온도에서도 물리적 성질이 크게 변하지 않도록 설계 되어 있습니다.주로 사용하는 금속은 다음과 같은 특징을 가진 니크롬(Nichrome) 합금입니다.내열성 : 니크롬 합금은 매우 높은 온도를 견딜 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 코일이 1000도 이상의 온도까지 달아올라도 녹거나 변형되지 않습니다.산화저항성 : 고온에서 금속은 산화될 수 있지만, 니크롬 합금은 산화에 매우 강합니다. 이 때문에 코일이 공기 중에서 산소와 접촉해도 쉽게 부식되지 않습니다.열팽창 계수 : 니크롬과 같은 금속은 높은 온도에서 열팽창이 적어, 온도가 급격히 변해도 변형되지 않고 안정적으로 모양을 유지할 수 있습니다.전기 저항 : 니크롬은 전기 저항이 높은 금속입니다. 전기가 흐를 때 저항에 의해 열이 발생하지만, 그 열이 전선 자체에 큰 영향을 미치지 않도록 설계되었습니다.따라서, 전기난로에서 코일이 달아오르면서 열을 발생시키더라도 변형 없이 안정적으로 사용할 수 있는 것이 이러한 특수 금속 재료 덕분입니다.
Q. 공사장 삼각대 불빛은 뭘로 만드는 건가요?
안녕하세요. 구본민 박사입니다.공사장에 있는 삼각대에 설치된 조명은 보통 태양광 에너지를 이용해 자동으로 작동하는 경우가 많습니다. 이런 시스템은 주로 태양광 패널과 빛 감지 센서가 결합되어 있어, 낮 동안 태양광 패널로 전력을 저장하고 밤이 되면 자동으로 조명이 켜지도록 설계되어 있습니다. 작동 방식은 다음과 같습니다. 태양광 패널 : 낮 동안 태양광을 흡수하여 내장된 배터리에 전력을 저장합니다.빛 감지 센서(포토센서) : 주위의 밝기를 감지하는 센서가 내장되어 있어, 주변이 어두워지면 자동으로 조명이 켜집니다. 반대로, 해가 떠서 주변이 밝아지면 자동으로 조명이 꺼집니다.배터리 : 태양광 패널이 낮에 저장한 전력을 밤에 조명에 공급하여 전력을 사용합니다.이 방식은 전력선을 설치할 필요가 없고, 낮 동안 태양광을 통해 자가 충전할 수 있기 때문에 에너지 효율적이고 유지 보수도 적어서 공사장에서 자주 사용됩니다. 물론, 만약 태양광 패널이 없는 간단한 조명이라면 건전지를 사용해 수동으로 켜고 끌 수 있지만, 최근에는 태양광을 이용한 자동 시스템이 많이 보급되고 있습니다.
Q. 에너지 하베스팅 소자는 무엇을 말하나요?
안녕하세요. 구본민 박사입니다.에너지 하베스팅(Energy Harvesting)은 주변 환경에서 소량의 에너지를 수집하여 전력으로 변환하는 기술을 의미합니다. 이러한 기술을 사용해 에너지 하베스팅 소자는 자연적 혹은 인공적인 에너지(빛, 열, 진동, 전자기파 등)에서 에너지를 수집해 소형 전자 장치나 센서와 같은 기기의 전력 공급에 사용됩니다. 에너지 하베스팅 소자의 대표적인 예시를 들어 보겠습니다. 태양광 하베스팅 소자 : 태양광을 전력으로 변환하는 태양전지를 이용해 에너지를 수집하는 소자입니다. 스마트 워치나 계산기 등에 자주 쓰입니다.열 에너지 하베스팅 : 온도 차이를 이용해 열 에너지를 전기로 변환하는 기술입니다. 이 방식은 자동차의 배기가스, 기계 작동 시 발생하는 열과 같은 열원에서 에너지를 추출할 수 있습니다.진동 에너지 하베스팅 : 압전 효과를 이용해 진동이나 압력에서 에너지를 추출하는 소자입니다. 이를 통해 기계나 사람의 움직임에서 발생하는 진동을 전력으로 변환할 수 있습니다.전자기파 에너지 하베스팅 : 주변의 라디오 주파수(RF) 신호, 와이파이, 휴대폰 신호 등에서 소량의 전자기파 에너지를 수집해 소형 전자 기기의 전력으로 사용하는 방식입니다.이러한 기술은 사물인터넷(IoT) 기기, 웨어러블 디바이스, 스마트 센서 등에서 전력 소비를 줄이거나 배터리 교체를 최소화 하기 위해 많이 연구되고 있으며, 지속 가능한 에너지 원으로 주목 받고 있습니다.
Q. 단상2선식과 단상3선식의 개념을 알려주세요.
안녕하세요. 구본민 박사입니다.단상 2선식과 단상 3선식은 모두 단상(1상) 전기 시스템에서 사용하는 배선 방식인데요, 둘 사이에는 몇가지 중요한 차이점이 있습니다. 이 차이점은 전압 수준과 배선 구성에 따라 구분 됩니다. 각각 설명을 하면 다음과 같습니다. 단상 2선싱구성: 전선 2가닥으로 이루어진 전기 시스템입니다. 하나는 전압을 공급하는 선(활선, 또는 "라인"이라 불리는 L선)이고, 다른 하나는 중성선(Neutral, N선)입니다.전압: 일반적으로 220V로 공급되는 경우가 많습니다. (한국 기준 가정용)용도: 단상 2선식은 일반적으로 가정용 전기 시스템에서 사용됩니다. 간단한 전기 기기나 조명, 소형 가전제품을 구동하는 데 적합합니다.작동 원리: 한 선(L선)은 전기를 공급하고, 다른 선(N선)은 회로를 완성하여 전류가 흐르게 합니다. 이 방식은 기본적으로 하나의 전압 차이를 이용해 전기를 공급합니다.단상 3선식구성: 전선 3가닥으로 구성된 전기 시스템입니다. 두 가닥의 핫선(활선, Line)과 하나의 중성선(Neutral)이 있습니다.전압: 일반적으로 두 가지 전압을 제공합니다. 핫선과 중성선 간의 전압(예: 120V)과, 두 핫선 간의 전압(예: 240V)으로 사용할 수 있습니다.핫선 A와 중성선 간: 120V핫선 B와 중성선 간: 120V핫선 A와 핫선 B 간: 240V용도: 단상 3선식은 주로 가정용과 산업용 전기 시스템에서 사용됩니다. 특히 대형 가전제품(예: 전기레인지, 에어컨, 전기난로)이나 고전력 장치를 위한 240V 전원이 필요할 때 사용됩니다.작동 원리: 중성선은 두 핫선에서 각각 전류를 분리하여 사용할 수 있게 합니다. 두 핫선(A와 B) 간의 전압 차이를 이용하면 240V가 나오고, 각 핫선과 중성선 간에는 120V가 나옵니다. 이 방식은 낮은 전압(120V)과 높은 전압(240V)을 모두 사용할 수 있어 유연하게 전력 공급이 가능합니다.차이점단상 2선식전선수 : 2가닥(라인 + 중성선)전압 : 220V(한국 기준)용도 : 가정용, 소형 전자기기전압 선택 : 하나의 고정전압(220V)적용 사례 : 소형가전, 조명, TV등단상 3선식전선수 : 3가닥(핫선 A, 핫선 B, 핫선 C)전압 : 120V(핫선-중성선), 240V(핫선A - 핫선 B)용도 : 가정용(대형 전지 기기), 산업용전압 선택 : 120V 또는 240V적용 사례 : 전기 레인지, 대형 에어컨, 전기히터, 산업용 기기정리해 보면, 단상 2선식은 주로 간단한 가전기기나 소규모 전력 수요에 적합한 방식이고, 단상 3선식은 다양한 전압을 제공해 대형 전자 기기와 소형 전자기기 모두를 유연하게 구동할 수 있는 시스템입니다.
Q. 핵 EMP현상에서의 전자기유도 현상
안녕하세요. 구본민 박사입니다.EMP(전자기 펄스, Electromagnetic Pulse) 현상은 강력한 전자기 유도를 통해 전기 및 전자 장비에 심각한 영향을 미치는 현상입니다. EMP와 전자기 유도(Electromagnetic Induction) 사이에는 밀접한 관계가 있습니다. EMP는 전자기파를 통해 매우 강력한 전기장과 자기장을 일으키고, 그로 인해 전자기 유도 현상이 발생하여 주변의 전기 회로에 영향을 줍니다. 이 과정을 더 자세히 설명드리면 다음과 같습니다.전자기 유도 현상(Electromagnetic Induction)의 기본 개념전자기 유도는 변화하는 자기장이 도체 내에서 전류를 유도하는 현상입니다. 이 원리는 패러데이의 법칙에 의해 설명되며, 간단히 말해 시간에 따라 변화하는 자기장이 전류를 발생시킨다는 뜻입니다.패러데이의 법칙: 자기장의 변화율에 비례하여 전류가 유도된다.이 과정에서 자기장의 변화가 클수록 유도 전압도 커집니다.EMP현상의 원리EMP는 핵폭발, 태양풍, 또는 고에너지 전자기기에서 발생할 수 있으며, 매우 짧은 시간 동안 고출력의 전자기파를 방출합니다. EMP는 강력한 전자기파가 생성되어 주변의 전기 장치와 전자기기들에 영향을 미칩니다.EMP의 발생은 일반적으로 다음 두 가지로 나뉩니다:핵 EMP(Nuclear EMP): 고고도에서의 핵폭발이 대기권에 강력한 전자기파를 방출하여 발생. 고고도 핵 EMP(H-EMP)는 전자기 유도 현상을 통해 지상의 넓은 범위에 걸쳐 전기장치를 손상시킬 수 있습니다.비핵 EMP(Non-nuclear EMP): 핵폭발 없이 전자기기나 무기 시스템에서 인위적으로 생성된 EMP. 이러한 EMP는 주로 제한된 범위 내에서 영향을 줍니다.전자기 유도와 EMP의관계EMP 현상에서 전자기 유도는 매우 중요한 역할을 합니다. EMP가 발생할 때, 빠르게 변화하는 강력한 전자기장이 주변의 전기 회로와 도체들에 유도 전류를 생성합니다. 이 과정은 다음과 같이 이루어집니다:강력한 전자기파 발생: EMP는 고주파의 전자기파를 발생시키며, 그 파동이 주변을 빠르게 퍼져나갑니다.자기장의 급격한 변화: 전자기파는 매우 빠르게 변화하는 자기장을 발생시킵니다. 이 변화는 가까이 있는 도체(예: 전기 회로, 통신선, 전력선)에 강력한 유도 전류를 생성합니다.유도 전압 발생: 전자기파가 전기 회로를 지나갈 때, 패러데이의 법칙에 따라 유도 전압이 회로 내에서 발생합니다. 이 유도 전압이 매우 크기 때문에 회로가 과부하를 일으켜 손상되거나 파괴될 수 있습니다.EMP로 인한 피해 매커니즘과도한 유도 전류: EMP로 인해 발생한 유도 전류는 전자 기기 내부의 소자를 과열시키거나 과부하로 인해 손상시킵니다.전기 시스템에 심각한 손상: 송전선, 통신 케이블 등 대규모 전기 인프라에 강한 유도 전류가 흐르게 되어, 변압기나 회로 차단기 등 주요 전기 장치들이 파손될 수 있습니다.정밀 전자기기 파괴: EMP는 정밀 전자기기에 더 큰 영향을 미칩니다. 특히 반도체 칩이나 마이크로컨트롤러 같은 민감한 전자 소자는 낮은 전류에도 쉽게 손상될 수 있습니다.정리해 보면, EMP 현상은 빠르게 변화하는 강력한 전자기파가 발생하면서, 주변의 도체(전기회로)에 전자기 유도를 일으켜 유도 전류와 유도 전압을 생성하는 것입니다. 이 유도 전류가 매번 크면 전기 기기들이 손상되거나 파괴될수 있습니다. 전자기 유도 현상이 EMP의 핵심 작동 원리 중 하나로, EMP가 전기 및 전자 시스템에 치명적인 영향을 미치는 이유가 됩니다.