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제목 답변완료 serway 대학물리학 26장 6절(전력) 질문내용
질문유형 기타 교수님 이정욱
과목 일반물리학 강좌명
작성자 김*우 (j**********0) 등록일 2024-03-12 21:57
첨부파일

안녕하세요, 해당 부분 강의를 듣고, 교재를 읽는 과정에서 질문이 있어 질문드립니다.

1. 첫번째 사진과 같이 전지와 도선으로만 이루어진 회로에서 만약 도선에 저항이 없다면, 전류가 도선을 지나면서 전위차에 의해 속도가 점점 빨라질 것이고, 이 운동에너지로 전지에서 다시 전위를 증가시키는 것이 가능하게된다는 의미가 됩니다. 이는 한 번의 펌프질으로 추가적인 에너지 공급없이 무한한 펌프질이 가능하다는 말이 되므로 열역학 제 2법칙을 위배하고, 이에따라 저항이 0인 재료는 없다고 결론지어도 괜찮을까요??

 

2. 2번째 첨부한 사진에서 전지 양단의 전압과 저항 양단의 전위차가 같아질 수 있는 이유가 무엇인가요??

 

3. 만약 2번의 내용이 맞다면, 저항기에서 전지에서 생성한 에너지를 100% 소모하는 것이 맞나요?? 그리고 저항기를 지나더라도, 강의에서 설명해주신 것에 따라 전기퍼텐셜에너지가 소모되지, 운동에너지가 소모되는 것이 아니므로, I=Aev(drift)n에 따라 전류는 일정한 것이 맞나요??

 

4. 만약 3번 내용에 따라, 저항기에서 공급된 에너지를 100% 소비한다고 하면, 교재 p655처럼 발전소에서 보낸 에너지가 어떻게 집까지 도착할 수 있나요?? 100% 소비한다면 집에 도착하는 에너지가 0이 되어야 하는 것이 맞지 않나요??

 

5. 마지막으로 예제 26-4의 교재 해설 중에서 비저항이 높을 수록 열선에 전달되는 전력이 크다고 했는데, 만약 열선 양단에 같은 전압이 걸린 상태에서, 열선에 저항이 낮은 물질을 쓰면, V=IR에 의해 I가 증가하고, 그러면 저항기에서 소모되는 시간당 에너지의 비율은 P=I^2 R에 의해 I의 차수는 제곱이므로 오히려 더 커지게 됩니다. 즉, 위의 식에 의하면 저항이 낮을수록 전력이 오히려 더 커지게 되는 결과가 나와 책에서 설명하고 있는 말과 반대가 되는데 제 생각에서 어떤 부분이 잘못된 걸까요??  

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댓글
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이*욱 교수님

안녕하세요. 이정욱 입니다.

 

첫번째 질문. 드루드 모델에 따르면 전자의 속도가 증가하는 것이 아닙니다. 충돌 모델에 따르면, 일정 구간에서 속력이 증가하지만, 원자와의 상호작용으로 인해 속력이 감소하고..다시 증가와 감소를 반복하는 형태로 해석합니다. 전자의 유동속도는 전자계의 군 속도임을 다시 한번 정리해보심이 중요해보입니다.

아울러, 전기저항이 0인 초전도체의 경우, 위의 모델로 설명이 불가하며, 쿠퍼쌍 이라는 pair의 이동과정에서 공간의 휘어짐으로 인해 충돌효과 없이 전하의 흐름이 나타나기도 하는 것입니다.

 

두번째 질문 , 도선을 등전위로 가정하기 때문입니다.

실제 상온에서 도선의 모든 지점에는 전기저항이 존재합니다. 계산의 편의 성을 위해 저항의 효과를 한 곳에 몰아 놓고, 다른 지점의 전위가 동일하다고 해석하거나..

실제 저항체의 저항에 비해 도선의 저항을 무시할 수 있을 때, 그림과 같이 에너지 손실이 거의 없는 등전위선으로 해석하기도 합니다.

 

세번째 네번째 질문, 누전이 없다면, 전원장치에서 공급한 에너지만큼 저항에서 소비가 일어나게 됩니다. 실제로는 전자기파 형태로의 손실도 있지만, 이 부분은 무시하기로 합니다. 송전과정은 에너지 전환과정입니다. 소비지로 전달되는 과정은 도선에 흐르고 있던 전류에 의한 전자기 유도 효과를 이용하여 에너지 변환 후 다시 전기에너지로 공급받는 형태입니다. 물론 이과정에서 도선의 저항에 의한 손실전력이 발생하게 됩니다. 발전소에서 소비지까지 도선으로만 연결되어 에너지를 송전하는 것이 아닙니다. 

 

다서번째, 질문하신 내용은 저항이 직렬연결되어 있을 때 입니다.

비저항이 커지면...비저항체에 걸리는 전압이 증가하게 되고 소비전력이 커지는 것입니다.

 

질문하신 것은 병렬 연결로 해석해서 그러한 오류에 빠진 것입니다. 

  • 2024-03-24
  • 2024-12-12 수정