수력 발전
- Hydroelectricity
수력 발전의 원리에 대해 토의해 보세요.
수력발전소에서 전기를 생산하여 우리 가정에서 사용하는 과정을 머릿속에 그려보세요. 먼저, 높은 곳에 있는 저수지의 물이 발전기의 터빈을 돌림으로서 전기가 발생합니다. 발전된 전기는 고전압으로 승압되어 먼 곳까지 이동하여 변전소를 거쳐서 220V로 강압되어 가정으로 전달됩니다. 이 전과정을 머리에 그려보면서 다음 물음에 답하여 보세요.
- 물의 낙차를 이용할 때, 높은 곳에서 떨어지는 물을 이용하는 것이 아니라 저수지의 바닥과 댐의 바깥쪽에 있는 발전소 간에 연결된 관으로 빠져 나오는 물을 이용합니다. 이렇게 하는 이유가 무엇인지 생각해 보세요.
- 문제를 단순화 하기 위해 다음 그림과 같이 높이 10m인 곳에서 물이 떨어져서 바닥에 왔을 때의 속력과 깊이가 10m인 통의 바닥에 뚫린 구멍에서 나오는 물줄기의 속력은 어떻겠습니까? 만약 공기의 저항이 있다면 어느 쪽이 더 속력이 빠르겠습니까? 발전소에서 떨어지는 물을 이용하지 않고 바닥에 있는 관에서 나오는 물을 이용하는 까닭을 설명하여 보세요.
- 발전된 전기의 에너지는 물이 가지고 있는 위치 에너지입니다. 그런데 물의 위치 에너지를 모두 전기 에너지로 바꾸는 것은 불가능하고 합니다. 그 까닭이 무엇인지 생각하여 보세요.
- 다음에 제시하는 요인이 어떻게 물의 위치 에너지가 전기 에너지로 바뀌는 데 방해 역할을 하는지 설명하여 보세요.
- 터빈이 돌아갈 때의 마찰력
- 물이 관을 빠져 나올 때의 마찰력
- 발전기의 코일에 있는 전기 저항
위에서 제사한 요인이 하나도 없는 아주 이상적인 발전기라고 한다면 물의 위치 에너지가 모두 전기 에너지로 바뀔 수 있겠습니까? 만약 물의 위치 에너지가 모두 전기 에너지로 바뀌었다면 발전을 하고 난 물의 운동 에너지는 얼마라야 하겠습니까? 터빈을 돌린 물은 하류로 빠져 나갑니다. 빠져 나가는 물의 속력이 0이라면 터빈이 돌 수 있겠습니까?
- 우리 나라에는 양수 발전기가 여러 곳에 있습니다. 이 양수 발전기는 전기를 이용하여 높은 곳에 끌어 올렸다가 그 물의 위치 에너지를 이용하여 다시 발전을 하는 것입니다. 물을 높은 곳에서 끌어 올리는 일은 전기를 많이 사용하지 않는 심야에 하게 되고, 발전은 전기를 많이 사용하는 시간에 하게 됩니다.
이 경우, 물을 퍼 올릴 때 사용한 전기 에너지와 그 물을 이용하여 발전한 전기 에너지의 양은 어느 것이 더 많겠는가? 그런데도 불구하고 이러한 발전소를 건설하는 까닭은 무엇이겠습니까?
- 발전된 전기는 높은 전압으로 바뀌어서 먼곳으로 전송됩니다. 단위 시간당 이동하는 전기 에너지의 양은 전압에 전류를 곱한 값입니다. 이것을 전력이라고 합니다. 송전하는 경우 전압을 높여도 이동하는 전기 에너지는 같습니다. 그렇다면 전압을 높이면 전류의 세기는 어떻게 되겠습니까? 송전선을 이용하여 먼 곳까지 전기를 송전할 때, 송전선의 전기 저항에 의한 에너지 손실이 있습니다. 고압으로 송전하는 것으로 보아, 송전선에서 소모되는 전기 에너지의 양은 전류의 세기와 전압 중 어느 양에 관계된다고 할 수 있습니까?
- 에너지란 없어지지 않고 보존된다고 합니다. 에너지가 없어지지 않는다면 에너지를 아껴야 할 이유가 어디 있겠습니까? 에너지 절약 운동의 과학적 의미는 무엇입니까?