전기공사기사 전열의 기초 — 저항·유도·유전·아크 가열과 필요 열량

가열 방식은 열을 만드는 원리로 갈린다. 저항 가열은 전류가 저항을 지날 때 생기는 옴손, 곧 줄의 법칙 P=I²R에 의한 줄열을 이용한다. 유도 가열은 교류 자기장이 도체에 와전류를 일으켜 생기는 와전류손과 히스테리시스손으로 가열하며 금속의 표면 담금질 같은 열처리에 쓴다. 유전 가열은 절연성 피열물을 고주파 전계 속에 놓아 분자가 진동·반전하며 생기는 유전체손으로 재료 내부를 직접 가열한다. 아크 가열은 전극 사이의 아크 방전열을 이용하며, 아크는 전류가 커질수록 전압이 떨어지는 수하특성(부의 저항 특성)을 보인다.

대상과 용도가 짝을 이룬다. 도체는 유도, 절연체는 유전으로 대비하면 헷갈리지 않는다. 비닐막 같은 절연물의 접착은 고주파 유전 가열이 적합하고, 자동차·기계·금속 제품의 도장 건조에는 복사열이 표면에 직접 흡수되는 적외선 가열이 쓰인다. 형태가 복잡한 금속 제품을 균일하게 가열할 때는 제품 전체를 같은 온도의 용융염에 담그는 염욕로가 가장 적합하다. 적외선 가열은 복사 에너지가 표면에 흡수되어 표면부터 가열하는 방식이므로, 내부까지 균일하게 데워야 하는 대상과는 구분한다.

필요한 열량과 전력은 두 단계로 계산한다. 먼저 열량을 Q=mcΔT로 구하고, 이것을 시간으로 나누어 전력을 구한다. 5kg의 강재를 20도에서 85도까지 35초 동안 가열할 때 온도 변화는 65도이고, 비열 0.15kcal/(도·kg)를 넣으면 Q=5×0.15×65=48.75kcal다. 이를 전력으로 바꾸면 P=204.75/35≈5.85kW가 된다. 온도 변화는 85도에서 20도를 뺀 65도로 잡는다.

가열 방식의 원리와 손의 종류도 1대1로 묶어 둔다. 저항은 줄열, 유도는 와전류손과 히스테리시스손, 유전은 유전체손, 아크는 아크열이다. "전류의 옴손을 이용하는 가열"을 물으면 저항 가열, "절연물에 교번전계를 가할 때 전기쌍극자의 회전으로 발열"을 물으면 유전 가열이다.