변압기 및 전력: 효율성 향상

문제는 다음과 같습니다. 전기는 전선을 통해 이동하면서 실제로 에너지를 잃습니다. 금속 케이블은 마찰과 같은 저항 -으로 반격합니다. 양말을 신고 카펫 위를 미끄러지는 것을 상상해 보세요. 그 드래그는 유용한 에너지를 낭비되는 열로 바꿉니다. 일반 가정용 전기를 장거리로 보내려고 하면 대부분의 전기가 열로 손실되고 전선이 위험할 정도로 뜨거워집니다.

그렇다면 유틸리티는 이 문제를 어떻게 해결합니까? 그들은 우리가 전압이라고 부르는 "압력"-을 높입니다. 파이프 안의 물과 같다고 생각하십시오. 압력이 높을수록 더 적은 노력으로 같은 양의 물을 훨씬 더 멀리 밀어낼 수 있습니다. 이것이 전력선이 장거리에 걸쳐 터무니없이 높은 전압으로 전기를 전달하는 이유입니다. 그런 다음 토스터가 집에 도착하기 직전에 변압기가 압력을 안전한 수준으로 낮추어 토스터가 폭발하지 않도록 합니다.

멀리 있는 발전소에서 이웃으로 전기를 보내는 일은 간단하지 않습니다. 이동하는 동안 저항은 많은 에너지를 열로 바꿉니다. 일반 가정용 전압(약 120V)으로 보내면 전력의 90% 이상이 마을에 가까워지기 전에 열로 손실됩니다.

영리한 수정? 전압을 높이면서 - 때때로 115,000볼트 이상 -까지 높이면서 전류를 낮추십시오. 전력은 기본적으로 전압과 전류를 곱한 값이므로 훨씬 적은 "흐름"으로 동일한 에너지를 전달할 수 있습니다. 전류가 적다는 것은 전선에 대한 마찰이 적다는 것을 의미하므로 낭비되는 열이 훨씬 적습니다. 송전탑에 있는 큰 "고전압" 경고 표시는 단지 안전만을 위한 것이 아닙니다. - 실제로는 에너지를 절약하는 현명한 방법입니다.

물론 115,000볼트를 집에 바로 흘릴 수는 없습니다. 이것이 바로 변압기가 등장하는 곳입니다. 변압기는 전기를 위한 자전거 기어처럼 작동하며 이동 시 고전압/저전류와 실제 사용 시 저전압/고전류 사이를 전환하며 - 움직이는 부품 없이 작동합니다.

오르막길에서 자전거를 타는 모습. 더 많은 추진력을 얻기 위해 기어를 변속하여 속도를 교환합니다. 변압기도 비슷한 아이디어로 작동하지만 속도와 토크 대신 전기 흐름(암페어)을 압력(볼트)으로 교환합니다.

그것은 모두 내부의 두 코일에 있는 와이어 루프의 수에 달려 있습니다. 출력 측에 루프가 많을수록 전압이 높아집니다(승압-). 루프 수가 적다는 것은 전압이 낮다는 것을 의미합니다(강압-). 이러한 간단한 "기어비"를 통해 기계 부품 없이도 효율적으로 전압을 변경할 수 있습니다.

대략적인 여행 방식은 다음과 같습니다.

발전소에서:-승압 변압기는 장거리 여행을 위해 전압을 높입니다.-

대형 변전소: 대형 변압기는 지역에 맞게 중간 수준으로 낮춥니다.

인근 전주 또는 녹색 상자: 작은 변압기는 마지막으로 집에 필요한 안전한 120 또는 240볼트까지 떨어뜨립니다.

놀랍게도 이 전체 과정에서 낭비되는 에너지는 거의 없습니다. 배전 변압기는 매우 효율적으로 제작되었습니다.

그렇다면 와이어가 실제로 닿지 않을 때 어떻게 한 코일에서 다른 코일로 전력이 점프합니까? 이는 모두 패러데이의 유도 법칙 덕분입니다.

첫 번째 코일에 전기가 흐르면 강한 자기장이 생성됩니다. 보이지 않는 자기장은 틈새를 가로질러 도달하고 두 번째 코일에 새로운 전류를 유도합니다. 에너지가 거의 손실되지 않도록 하기 위해 두 코일은 자기의 고속도로 역할을 하는 무거운 철심으로 감싸져 한쪽에서 다른 쪽으로 직선으로 안내합니다.

이러한 물리적 분리는 또한 엄청난 안전 보너스입니다. 번개가 전선에 부딪히면 그 틈이 집 안의 모든 것을 튀기는 엄청난 파도를 막는 데 도움이 됩니다.

노트북 코드에 있는 크고 작은 블록을 본 적이 있나요? 미니 변압기 입니다. 120볼트의 가정용 전기는 여전히 민감한 전자제품에 사용하기에는 너무 높으므로 이러한 "전력 장치"는 이를 더욱 낮춰줍니다.

벽면 콘센트: 120V

노트북: 약 19V

스마트폰: 일반적으로 5V

기둥에 달린 큰 충전기(냉각을 위해 오일-채움)와는 달리 이 소형 충전기는 건식-유형-으로 공기와 핀을 사용하여 시원함을 유지합니다. 그렇기 때문에 잠시 충전하면 따뜻해집니다. 자세히 들어보면 희미한 윙윙거리는 소리가 들릴 수도 있습니다. 그것은 변화하는 자기장으로 인해 진동하는 내부 금속 부품입니다.

기둥에 있는 거대한 변압기는 훨씬 더 많은 열을 처리해야 합니다. 특수 오일로 채워져 있으며 자동차 라디에이터와 같은 금속 핀이 있어 따뜻함을 분산시키는 데 도움이 됩니다. 엔지니어들은 과열을 방지하기 위해 각 장치가 처리할 수 있는 부하량을 신중하게 계산합니다. 특히 모든 사람이 에어컨을 가동하는 더운 여름날에는 더욱 그렇습니다.

이 모든 영리한 엔지니어링 덕분에 최신 변압기는 98% 이상의 효율에 도달할 수 있습니다. 이는 실제로 들어오는 거의 모든 전력이 콘센트에 도달한다는 것을 의미합니다.

결국, 변압기는 엄청난 양의 에너지를 낭비하지 않고 장거리에 걸쳐 전기를 효율적으로 이동할 수 있는 이유입니다. 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)가 유명한 "전류 전쟁"에서 교류를 추진했을 때, 이 기술은 그가 승리한 이유 중 큰 부분을 차지했습니다.

오늘날 이러한 조용한 장치는 더욱 중요해졌습니다. 에너지 손실을 줄임으로써 탄소 배출량을 줄이고 재생 가능한 에너지원을 더욱 실용적으로 만드는 데 도움이 됩니다.

다음번에 산책하러 나갈 때는 "변압기 찾기"를 시도해 보세요. 나무 기둥 위의 회색 원통, 땅 위의 녹색 상자 또는 울타리가 있는 큰 변전소를 찾으세요. 그들은 모두 조용히 동일한 작업을 수행하고 있습니다. - 전압과 전류의 균형을 맞추므로 두 번 생각할 필요 없이 휴대폰을 충전할 수 있습니다.

생각해보면 정말 놀라운 일입니다.{0}}19세기-세기의 뛰어난 발명품이 여전히 21세기-전력망의 심장으로 뛰고 있습니다.

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