열회로와 전기회로

열회로란 무엇인가

열회로는 열흐름을 전기회로처럼 해석하는 모델이다.

열이 흐르는 쪽은 전류에, 온도 차이는 전압에 해당한다.

이 세 쌍만 알면 열회로 문제의 뼈대가 잡힌다.

전기회로와의 대응

열회로는 열과 전기의 양을 한 쌍씩 짝지어 비교한다.

열류량은 전류에, 온도차는 전압에 대응한다.

열저항은 전기저항에, 열용량은 커패시터에 대응한다.

열용량은 열을 저장하는 요소이며 과도 해석의 시간상수를 정한다.

이 대응표를 외우면 열회로 문제의 풀이 틀이 잡힌다.

열 옴 법칙과 합성

열 옴 법칙은 온도차가 열저항과 열류량의 곱과 같다는 식이다.

전기의 V = I × R과 같은 꼴이다.

열저항은 직렬이면 더하고, 병렬이면 역수의 합으로 구한다.

직렬에서는 열류량이 같고, 병렬에서는 온도차가 같다.

접합부 온도 계산

접합부 온도는 주위 온도에 손실과 총 열저항의 곱을 더해 구한다.

각 구간 열저항 1.5, 0.5, 2.0 ℃/W가 직렬로 연결된다. 손실은 10W다.

직렬이므로 총 열저항은 4.0 ℃/W다.

주위 온도 30℃이면 접합부 온도는 70℃가 된다.

결과가 소자 정격 범위 안에 있는지 확인한다.

헷갈리는 점과 채점 포인트

시험 채점은 대응표의 완결성, 합성 규칙, 정상상태 전제로 나뉜다.

열저항을 열전도율과 혼동하면 단위가 틀린다. 열용량은 커패시터에 대응한다.

직렬·병렬 규칙을 거꾸로 쓰지 않도록 하고, 정상상태 조건을 빠뜨리지 않는다.

직접 풀어 보자.

정답은 5.0 ℃/W다. 직렬 열저항은 더하면 된다.

정리

열회로는 열류, 온도차, 열저항을 전기회로의 전류, 전압, 저항에 대응시킨다.

열 옴 법칙은 온도차가 열류량과 열저항의 곱이라는 식이다.

열저항은 직렬이면 더하고, 병렬이면 역수의 합으로 계산한다.

이 모델은 정상상태에서 성립한다는 전제를 함께 기억한다.