일, 에너지, 일률 개념 및 단위 정리 ( J, joule, 줄, W, Watt, 와트 )

오늘은 냉동공학을 시작하기에 앞서 기본적인 개념부터 알아보려고 한다. 냉동공학이란 것 자체가 결국 이 열에너지의 이동에 대해 연구하는 학문이기 때문에 가장 기초적인 개념인 일, 에너지, 일률에 대해 알아보려고 한다. 결국 저열원에서 고열원으로 열을 보낼 때 일을 하여 에너지를 주어야 하고 이것이 냉동공학의 시작이기 때문에 제대로 한 번 복습차원에서 알정리해 보자.

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일(work) 

일이란 물리학에서 "물체에 힘을 가했을 때, 힘과 힘이 가해진 방향으로 움직인 거리를 곱한 물리량"을 뜻한다. 쉽게말해서 내가 얼마의 힘으로 얼마나 이동했는지를 나타낸다는 뜻이다. 아래 수식을 보면 말 그대로 힘(N)에 거리(m)를 곱하여 구할 수 있다. 그리고 이 일의 물리량을 [ J ] 줄(joule)이라는 단위로 표현할 수 있다.

 

• w : 일을 뜻하며 단위는 [ J ] 줄 (joule)
• F : 힘을 뜻하며 단위는 [ N ] 뉴튼 (newton)으로 " kg·m²/s "로 나타낼 수 있다.
• S : 거리를 뜻하며 단위는 [m] 미터 (meter)

 

에너지(energy)

에너지의 정의는 "물체가 일을 할 수 있는 능력을 에너지"라고 한다. 물체가 외부에서 일을 받으면 받은 만큼 에너지가 증가하고, 반대로 외부에 일을 하면 일한 만큼 에너지가 감소한다. 어떠한 물체를 밀었을 때 물체는 나의 일을 받아 에너지가 증가하게 되고, 나는 물체에게 일을 하여 에너지가 감소하게 되는 것이다. 따라서 결국 일의 양은 에너지의 변화량으로 나타낼 수 있는데, 이는 아래 수식과 같이 에너지가 일과 같은 단위인 [ J ] 줄(joule)을 사용할 수 있는 이유이다.

 

일률 (rate of work)

일률의 정의는 "단위 시간당 일의 양이다." 단순하게 위에서 언급된 일을 시간으로 나누면 된다. 기호는 "P"이며 SI단위는 [ W ] 와트(Watt)를 사용한다. 그리고 아래와 같이 수식으로 나타 낼 수 있으며, 단위인 [ W ]는 [ J/s ]로도 나타 낼 수 있다.

 

• P : 일률을 뜻하며 단위는 [ W ] 와트 (watt)
• w : 일을 뜻하며 단위는 [ J ] 줄 (joule)
• t : 시간을 뜻하며 단위는 [s] 초 (sec)

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오늘은 굉장히 간단한 개념에 대해 알아보았다. 사실 중학교 물리시간에 배웠던 내용인 것 같은데 그래도 시작인 만큼 기본적인 적에 충실하자는 의미에서 다시 정리해보았다. 앞으로 이 개념을 바탕으로 열심히 공부해 보자.