줄의 전류 발열 실험

Joule's experiment on heat from an electric current

전선에 흐르는 전류를 두 배로 늘리면, 전선에서 나는 열은 몇 배가 될까요?

무슨 일이 일어났나

줄은 물이 든 단지에 도선 코일을 넣고 전류를 흘린 뒤, 물에 담근 온도계로 오른 온도를, 검류계로 전류의 양을 쟀습니다.

그의 첫째 결론은 같은 양의 전기가 지날 때 나는 열이 저항에 비례한다는 것, 둘째는 열이 지나간 전기량의 «제곱 비» 로 커진다는 것이었습니다(왕립학회 소장 원고).

시뮬레이터에서 6 V 를 10 Ω 에 걸면 0.6 A · 3.60 W, 12 V 로 전류를 두 배(1.2 A) 하면 14.4 W 로 4 배입니다. 오늘날 이 관계를 «줄의 법칙» 이라 부릅니다.

회로를 «series» 로 바꿔 10 Ω 과 20 Ω 에 같은 전류 0.2 A 를 흘리면 400 mW 와 800 mW 로, 저항이 두 배인 쪽에서 두 배의 열이 납니다(첫째 결론).

💡 생활 속 예시

휴대폰 충전 케이블이나 멀티탭 선이 따뜻해지는 것도 전류가 저항을 지나며 열이 나는 줄의 법칙입니다.
전기 주전자 바닥의 전열선은 일부러 저항을 둔 도선에 큰 전류를 흘려 물을 끓입니다.

누가 왜 찾았나

제임스 프레스콧 줄(1818~1889)이 쓴 논문 «볼타 전기로 생기는 열» 은 1840 년 10 월 16 일 왕립학회에 들어가 그해 12 월 17 일 읽혔습니다. 그는 여러 금속 코일을 물 단지에 넣고 전류를 흘려 물의 온도 변화를 재는 방법으로, 전류와 저항이 열을 어떻게 정하는지 찾았습니다.

확인된 값

줄의 논문 «볼타 전기로 생기는 열» — 왕립학회가 받은 날 1840-10-16 · 읽은 날 1840-12-17: 1840-10-16 출처
장치 — 물이 든 단지에 넣은 도선 코일, 물 온도 변화를 온도계로 잼: coil of wire in a jar of water 출처
온도계와 함께 검류계(전류의 양을 보는 계기)를 썼다: thermometer and galvanometer 출처
결론 1 — 같은 양의 전기가 지날 때 나는 열은 저항에 비례한다: ∝ resistance 출처
제임스 프레스콧 줄 (1818~1889): 1818–1889 출처
여러 금속 코일을 물 단지에 넣고 온도 변화를 쟀다(과학박물관): coils of metal in jars of water 출처
오늘날 «줄의 법칙» — 전기가 흐르는 도체에서 열이 난다: Joule's Law 출처

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