전열기 열선 원리 - 니크롬선, 전류 흐름, 저항에 따른 발열량

 

 

전열기는 저항에 전류를 흘려주어 저항체에서 발열하는 열을 사용하는 기기

(전기측면에서 본다면 에너지 로스: 전류가 그대로 흘러가는게 아닌, 전류 에너지가 열, 빛 등의 여러 에너지, 자연에 친화적이고 안정적인 에너지로 가공이 덜된 에너지로 방출)

 

 

백열전구도 전열기와 같게, 저항체인 필라멘트에 전류를 흘려주면, 열이 발생하고 온도가 높아지며 백색광의 빛을 낸다

 

sk에너지

 

일전에 간단한 대류 열시험을 할 때도

발열원에 구리파이프에 니크롬선을 감아, 니크롬선에 전압을 주어 전류를 흘려줌으로써 발열원을 만들었고

구리파이프 대신 네모난 박스형태를 줄 때도, 네모난 구리박스에 전열기 파이프를 박아넣어,

전열기에 전압을 주고 전류를 흘려줌으로써 발열원을 만들었다.

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전열기에 가장 많이 사용되는 소재가 니크롬선이다.

니크롬선은 니켈 7 크롬2 망간 철 합금으로

저항이 크고 고온에서도 잘 버텨(높은 융점) 산화되지 않으며 비교적 저렴한 가격의 소재로 알고 있다.

+ 온도 변화에 대한 낮은 팽창 계수

+ 코일링 가능, 

+ 비자성, 불활성, 

 

니크롬선을 전열기, 전기를 흘려 열을 발생하는 곳에 사용하는 주된 이유는

전기흐름 저항이 크기 때문이다.

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주로 사용되는 금속 소재들의 물성들을 비교해둔 표가 위와 같다

전기저항값을 비교해 보면

구리 < 알루미늄 < 철 < 니크롬선 순으로 니크롬선이 압도적으로 저항값이 크다

이 말은,

같은 전류가 같은 스펙(사이즈)의 소재에 흘렀을 때, 전기저항값이 큰 니크롬선에서 가장 많은 발열이 발생한다

 

동일한 굵기, 길이의 4가지 소재 선을 가지고 있을 때,

양 끝에 동일한 전류가 흐르게끔 전압을 세팅해준다면

니크롬선이 가장 빠르게 뜨거워 지며 높은 온도까지 올라가며

구리는 비교적 온도변화가 없음을 확인할 수 있을 것이다.

 

몇몇이 오해하는 내용이

구리가 심한 발열원이 될 것이라는 생각인데

이는 잘못된 생각으로

구리는 동일 전류가 흘렀을 때,

전류의 흐름을 최대한 방해하지 않는 소재로, 전류 흐름으로 인한 에너지 로스가 적고

에너지 로스가 발열로 발생하는 일이 가장 적은 소재이다

 

다만, 전기저항이 작은 만큼

전기전도도가 높고

전기 전도도는 보통 열전도도와 비슷한 트렌드를 갖기에

구리는 전기전도도도 열전도도 높은 물질 중 하나이다.

구리의 열전도도가 높기에, 열을 빨리 빼내는 특성에, 열전달 시험이나 기기에 종종 사용되고

열을 잘 빼내지만 잘 받아들이는 특성에 고온. 이라는 어쩌면 고정관념이 생겼을 수 있다.

 

구리는,

열을 빨리 전달해주는 열전도도가 높을 뿐

전류가 흐름에 따라 발열을 야기하는 전기저항 값이 큰 것이 아니다.

그렇기에 발열원 보다는,

열을 시스템에서 바깥, 차가운 공간, 대류가 일어나는 곳으로 빠르게 빼내주는 역할을 하는

중간 길 물질로써 많이 사용될 것이다.

(하지만,, 구리는,, 비싼 편이죠 ,, 알루미늄이 더 비싸던가요)

 

2023.12.02 - [1차 정리 - 재정리 후 위로/자동차 관련 학술\공법\공부] - 전기저항과 발열량의 관계 (저항, 전도도, 전력)

전기저항과 발열량의 관계 (저항, 전도도, 전력)

 

전기저항, 발열량, 전력에 대해서는 다른 포스팅을 참고해주시면 되겠습니다.

간단한 방향성은 위에서 언급한 것만 알면 되겠습니다.