전기에너지

요약 전기에너지는 전자의 이동을 통해 일을 하거나 다른 에너지를 발생시킬 수 있는 에너지이며, 전하 주위에 전기장을 형성시킴으로써 발생된다. 단위는 에너지 일의 단위인 줄(J)이며, 암페어(A), 볼트(V), 초(s)로 표시하면 J=V·A·s 로 정의된다.

전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 양전하가 이동할 때 전기장이 일을하게 되는데, 이 일을 전기 에너지로 나타낼 수 있다. 다시말해 전위차가 V인 두 점 사이에서 전하량 q가 이동할 때 전기장이 전하에 하는 일은 W=qV (J)로 단위는 줄(J, joule)로 나타낸다. 

전력의 단위 와트(W)=V·A 와 비교하면 전기에너지는 전력으로 일정한 시간동안 일을 한 양이 된다. 예를 들어 30와트(W)전구를 1시간동안 사용했다면 사용한 전기에너지는 30×3600 = 108 (kJ) 이 된다. 여기서 k(킬로)는 1000을 의미한다.

전기에너지가 일한 결과는 여러 형태로 나올 수 있는데 전열기를 사용한 경우처럼 열에너지로 변환되거나, 모터를 돌리는 경우는 일로, 전구를 사용한 경우는 빛으로 에너지가 전환된다.

전기에너지는 주로 발전소의 발전기처럼 운동에너지를 변환해서 발생시키는데, 화력발전소에서는 연료를 연소시킬 때 나오는 열에너지로 물을 끓여 증기를 발생 시키고, 이 증기가 외부로 팽창할 때 터빈을 돌려 발전기를 회전시킨다. 원자력발전소에서는 핵분열할 때 발생하는 질량결손에너지로 증기를 발생시킨다. 수력발전소에서는 물의 흐름을 이용하여 발전기를 회전시켜 발전하므로 물의 위치에너지가 전기에너지로 변환된다. 양수발전은 수력발전의 일종이며 야간에 다른 발전소에서 만들어지지만 사용량이 작아 남아도는 전기에너지로 저지대의 물을 고지대 저수지로 양수기로 이동시킨다. 이때 전기에너지가 물의 위치에너지로 바뀐다. 위치에너지로 축적된 물을 전력소모가 많은 낮에 다시 수력발전을 통해 전기에너지로 전환시켜 사용한다.

대체에너지로 관심이 증대된 발전형태로 조력발전, 태양광발전, 태양열발전, 풍력발전 등이 있다. 조력발전은 밀물 때 올라온 바닷물을 저수지에 담았다가 썰물 때 흘려 발전한다. 태양광발전은 반도체소자를 이용하여 태양빛을 바로 전기에너지로 전환시키는 방법이며, 태양열발전은 반사경을 이용 태양열을 한곳으로 모아 물을 끓여 증기를 발생시켜 전기에너지를 만든다. 풍력발전은 큰 바람개비로 발전기를 회전시킨다.

화학에너지로 전기에너지를 발생시키는데 예로서 건전지가 있다. 축전지는 전기에너지와 화학에너지 양방향으로 에너지 전환이 가능하게 만든 것으로 전기를 연결하면 전기에너지가 화학에너지 형태로 바뀌어서 축적되며, 축적된 화학에너지는 전기기구를 연결하면 다시 전기에너지로 바뀌어서 사용된다.