발전기

 

발전기

 - 전자기유도에 의해 전류를 발생시키는 장치

 

 

발전기의 원리

 - 발전기는 전자기유도 현상을 이용하여 역학적 에너지에서 전기 에너지를 생산한다.

 - 코일이 자석 속에서 회전할 때, 코일을 통과하는 자기력선속(자속)이 시간에 따라 변하면서 패러데이의 전자기 유도 법칙에 의해 유도전류가 발생한다.

 - 자기장이 수직으로 통과하는 코일 면의 면적이 변할 때도, 코일 내부의 자기장이 변할 때와 마찬가지로 전자기 유도 현상이 일어나 코일에 유도전류가 흐른다.

 

 

발전기의 구조

 - 발전기는 바깥쪽에 고정되어 있는 코일(고정자)과 안쪽에서 회전하는 자석(회전자)으로 구성되어 있다.

 - 회전자에는 프로펠러 모양의 대형 터빈이 연결되어 있다.

 

 

발전기의 작동 과정

 - 고온 고압의 증기가 터빈을 지나면 터빈이 고속으로 회전을 하게 된다.

 - 이때 터빈에 연결된 자석(회전자)이 함께 회전하면서 바깥쪽의 코일(고정자)을 스쳐지나가게 되면 전자기 유도 현상에 의해 유도전류가 흐르게 된다.

 

 

 

 

발전의 종류

 (1) 화력 발전(증기터빈 방식)

   - 석탄, 석유, 가스와 같은 화석연료의 화학 에너지

   - 화석 연료를 태워 보일러에서 물을 끓여 증기를 만든다. 이러한 증기를 고온·고압의 상태로 만들어 터빈에 통과시키면 터빈이 회전하면서 발전기에서 전기에너지를 생산함.

   - 화학에너지 ➜ 열에너지(증기) ➜ 운동에너지(터빈) ➜ 전기에너지(발전기)

   - 발전소 건설 기간이 짧고, 송전 비용과 전력 손실이 적다.

   - 장소에 상관없이 건설이 가능하다.

   - 화석연료의 고갈 문제와 이산화 탄소의 발생 문제 등 환경 오염의 문제가 일어남.

 

 

 (2) 핵발전

   - 우라늄과 플루토늄 같은 핵반응에서 질량 결손에 의한 핵 에너지

   - 핵연료가 핵분열을 할 때 발생하는 열로 물을 끓여 증기를 만든다. 이러한 증기를 고온·고압의 상태로 만들어 발전기를 돌려 전기 에너지를 생산한다.

   - 핵에너지(핵 연료) ➜ 열에너지(증기) ➜ 운동에너지(터빈) ➜ 전기에너지(발전기)

   - 연료비가 적게 들고, 대규모 발전이 가능하다.

   - 폐기물 처리의 문제가 발생한다.

   - 안정된 지반의 해안 지방에 건설해야 한다.

 

 

 (3) 수력 발전

   - 높은 곳에 있는 물의 퍼텐셜 에너지

   - 물의 중력 퍼텐셜 에너지를 이용하여 터빈을 돌려 전기에너지를 생산한다.

   - 중력 퍼텐셜 에너지(물) ➜ 운동 에너지(물) ➜ 운동 에너지(터빈) ➜ 전기 에너지(발전기)

   - 환경오염이 적고, 연료비가 거의 들지 않음

   - 발전소 건설 장소가 제한적이고, 건설비용이 비싸다.