SCIENCE 3D | 바이메탈 온도 조절기

무슨 일이 일어났나

바이메탈은 늘어나는 정도가 다른 두 금속 판을 맞붙인 띠입니다 — NIST 에 따르면 1 K 마다 황동은 약 24×10⁻⁶, 강철은 약 12×10⁻⁶ 만큼 늘어나 재료마다 다릅니다.

데우면 많이 늘어나는 판이 바깥쪽(볼록한 쪽)이 되도록 띠가 휘고, 식으면 다시 펴집니다 — 이 움직임으로 전기 접점을 떼었다 붙입니다.

시뮬레이터는 황동(24×10⁻⁶/K)과 스테인리스강(15.4×10⁻⁶/K, NIST 맞춤 식)을 합쳐 1 mm 두께로 붙인 5 cm 띠로, 20 °C 에서 60 °C 로 데우면 끝이 645 µm 휘고 휜 반지름은 1.94 m 입니다.

판 두께를 0.5 mm 로 줄이면 같은 온도에 끝이 1.29 mm, 띠 길이를 10 cm 로 늘리면 2.58 mm 움직입니다 — 얇고 긴 띠일수록 작은 온도 차에도 크게 움직입니다.

미국 에너지부에 따르면 온도 조절기는 정한 차례에 따라 온도를 바꾸고, 모든 집이 스마트 온도 조절기를 쓰면 해마다 56 조 BTU(약 5.9×10¹⁶ J)를 아낄 수 있습니다.

방의 온도 조절기를 몇 도 올리면 그 온도에 닿을 때까지 난방이 돌다가 저절로 멈춥니다 — 온도를 재서 켜고 끄는 일을 맡은 부품이 온도 조절기입니다.
온도 조절기를 정한 시간표대로 바꾸게 해 두면(미국 에너지부) 집이 비는 낮에는 덜 데우고 식구가 돌아오는 저녁에 다시 데울 수 있습니다.

황동의 선팽창 계수 — 강철의 약 2 배 (NIST): 0.000024 1/K 출처
강철의 선팽창 계수 (NIST): 0.000012 1/K 출처
서로 다른 두 재료(강철 · 황동)를 맞붙이면 온도에 따라 다르게 늘어난다 — 두 쇠 띠(바이메탈)의 원리 (NIST): 강철 + 황동 출처
온도 조절기는 정한 차례에 따라 온도를 바꾼다 (미국 에너지부): 자동 조절 출처
모든 집이 스마트 온도 조절기를 쓰면 해마다 아끼는 에너지 56 조 BTU (≈ 5.9 × 10¹⁶ J, 미국 에너지부): 59000000000000000 J 출처
스테인리스강(304) 선팽창 계수 293 K — NIST 극저온 물질 맞춤 식(4–300 K)을 미분해 셈 (시뮬레이터 «스테인리스강»): 0.0000154 1/K 출처