전기 에너지의 발생과 전환
1. 자석의 운동으로 만든 전기 에너지
발전기에서 전기 에너지는 어떻게 만들어질까?
풍력 발전기는 바람이 불면 날개가 돌아가면서 전기를 만든다. 수력 발전소에서는 떨어지는 물이 터빈을 돌리면서 전기를 만든다. 이와 같이 운동 에너지나 위치 에너지 등 다른 에너지를 전기 에너지로 전환하는 것을 발전이라고 하고, 이때 사용하는 장치를 발전기라고 한다.
전지 없이 작동하는 자가발전 손전등은 손잡이를 돌리거나 누르면 불이 켜지고, 간이 발전기는 플라스틱 관을 흔들어 자석이 움직이면 불이 켜진다. 손전등과 간이 발전기에는 모두 자석과 코일이 있으며, 자석이 코일 근처에서 움직이면 코일에 전류가 흐른다. 즉, 움직이는 자석의 역학적 에너지가 전기 에너지로 전환되는 것이다. 풍력 발전소나 수력 발전소뿐만 아니라 저전거의 자가발전식 전도등, 발과 인라인 스케이트에도 발전기가 있어 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하여 사용한다.
2. 전환되는 전기 에너지
가정에서는 전기 에너지를 어떤 어네저로 전환하여 사용할까?
우리는 일상 생활에서 다양한 가전제품을 사용한다. 가전제품에서는 전기 에너지가 여러가지 형태의 에너지로 전환된다.
전기난로는 전기 에너지를 열에너지로 전환하여 집 안의 온도를 높이고, 선풍기는 전기 에너지를 운동 에너지로 전환하여 날개를 돌린다. 또 전구는 전기 에너지를 빛에너지로 전환하여 집 안을 밝게 한다. 이와 같이 전기 에너지는 다양한 형태의 에너지로 쉽게 전환할 수 있다. 가정에서는 전기 에너지를 운동 에너지, 열에너지, 빛에너지, 화학 에너지 등으로 전환하여 생활에 편리하게 이용하고 있다.
선풍기는 전기 에너지를 주로 운동 에너지로 전환한다. 그러나 오래 사용하면 선풍기의 몸체가 따뜻해지는 것을 볼 수 있다. 이것은 선풍기가 작동할 때 전기 에너지의 일부가 열에너지로 전환되기 때문이다. 이와 같이 가전제품을 사용하면 전기 에너지가 동시에 다양한 에너지로 전환된다. 이때 전환된 에너지를 모두 합하면 전환되기 전의 에너지 총량과 같다. 즉, 에너지는 전환되는 과정에서 새로 생성되거나 없어지지 않고 총량이 보존된다.
3. 가전제품이 사용하는 전기 에너지의 양
어떤 가전제품이 전기 에너지를 많이 사용할까?
가전제품마다 사용하는 전기 에너지의 양이 다르다. 전기 기구가 1초당 사용하는 전기 에너지의 양을 소비 전력이라고 하고, 단위로는 W(와트)를 사용한다. 또한 어느 시간 동안 사용한 전기 에너지의 양을 전력량이라고 하고, 단위로는 Wh(와트시)를 사용한다.
전기난로나 전기밥솥과 같이 전기 에너지를 열에너지로 전환하여 사용하는 가전제품은 소비 전력이 크다. 반면에 조명 기구와 같이 전기 에너지를 빛에너지로 전환하여 사용하는 가전제품은 소비 전력이 상대적으로 작다.