열역학과 열효율

열역학과 열효율 관계를 언급하겠습니다. 열역학을 학습하다 보면 열효율이라는 개념을 배울 수 있습니다. 열효율의 개념은 받은 열에너지를 얼만큼 일로 전환했는지를 말합니다. 다시 말하면 초기에 받은 열에너지에서 사용되지 않고 남은 에너지의 차이를 한 일로 볼 수도 있습니다. 이렇게 해서 분모에는 받은 열에너지를 분자에는 한 일 혹은 받은 에너지와 남은 에너지 차이를 둘 수 있습니다. 이렇게 하면 1보다 작은 숫자가 나오게 됩니다. 이론적으로는 1도 나올 수 있습니다. 받은 에너지 모두를 일로 사용했다는 이야기입니다. 아시겠지만 정말 이론적인 이야기일 뿐이며 실제는 않습니다. 1에 매우 가까운 숫자가 나올 수는 있습니다. 기술이 매우 발전한다면 1에 가까운 효율을 내는 기관을 만들 수도 있을 겁니다. 그렇다면 왜 1이 될 수 없는지에 대해서 알아보겠습니다. 이론적인 수식으로 설명을 하는 것이 아니라 일상생활에서 볼 수 있는 예를 들어보겠습니다. 에너지의 전환의 관점에서 보겠습니다. 위치에너지를 갖고 있는 공이 있다고 가정하겠습니다. 높이 올려 두었다는 의미입니다. 이 공이 타고 내려갈 미끄럼틀이 있습니다. 이 위치에너지를 가진 공을 미끄럼틀로 내려 보냈습니다. 그러면 공이 점점 속도가 올라가면서 내려갈 것입니다. 위치에너지가 모두 사라진 지점에서 속도를 측정해보겠습니다. 그러면 이 공의 운동에너지를 구할 수 있습니다. 만약에 위치에너지가 운동에너지로 모두 전환된다면 처음에 갖고 있던 위치에너지와 운동에너지가 같아야 합니다. 그러나 아마도 거의 확신합니다. 높이로 구한 위치에너지와 속도로 구한 운동에너지 값은 다를 것입니다. 운동에너지가 더 작을 것이죠. 실제 계산하면 그럴 것입니다. 그렇다면 왜 그럴까요? 그것은 공이 미끄럼틀을 타고 내려오면서 바닥과 마찰이 발생했을 겁니다. 그리고 미세한 양이지만 공기와 마찰이 있었을 겁니다. 이것들이 속도를 낮추는 요소로 작용했을 것입니다. 그리고 바닥과 공의 마찰로 크지는 않지만 열도 발생했을 겁니다. 이런 요소들 때문에 초기 위치에너지가 모두 운동에너지로 전환되지 않게 됩니다. 열역학에서 배울 수 있는 열효율 개념이 일상 생활에서 어떻게 적용될 수 있을까요? 바로 전기제품들에 적용되고 있습니다. 간단히 생각해보면 우리가 사용하고 회사에서 만든 제품들의 열효율이 높다는 것은 어떤 의미일까요? 바로 적은 전기를 사용해서 많은 일을 한다는 의미가 됩니다. 예를 들어 100W의 전기에너지를 받아서 95W의 일을 하는 제품이 있다고 하면 이것은 95퍼센트 효율을 가진 제품입니다. 아주 훌륭한 제품입니다. 그리고 5W만 버려지게 됩니다. 물론 극단적인 예입니다. 설명을 쉽게 드렸습니다. 정부에서는 효율이 높은 제품을 선호합니다. 왜냐하면 천연자원이 부족한 우리나라는 대부분 자원을 수입합니다. 따라서 사온 자원들을 최대한 효율이 높게 사용해야 합니다. 그래야 비용은 최대한 아끼고 효과를 최대한 누릴 수 있는 것이죠. 이런 기조에서 부합하는 제도가 바로 효율등급제도입니다. 효율등급제도보다는 에너지소비효율등급이라는 말을 많이 들어 보셨을 겁니다. 사실 들어 보기보다는 많이 봤을 겁니다. 주변에 냉장고, 에어컨에 붙어 있는 라벨을 보셨을 겁니다. 1에서 5등급으로 표시되어 있는 라벨입니다. 이 라벨을 보시면 그 제품이 얼마나 효율이 좋은 지 알 수 있습니다. 당연히 1등급이 효율이 좋은 것이고 5등급이 안 좋은 것입니다. 최저소비효율을 만족시키지 못하는 제품은 국내 생산과 판매를 할 수 없습니다. 그렇다면 1등급과 5등급은 어떤 차이가 있을까요? 효율관리제도를 하는 한국에너지공단에 따르면 1등급은 5등급보다 30에서 40 퍼센트 향상된 효율을 갖고 있다고 합니다. 일괄적으로 말할 수 없는 이유가 있습니다. 한 종의 제품만 다루는 것이 아니라 에너지소비효율등급으로 관리하는 제품이 많이 있기 때문입니다. 에너지소비효율등급 라벨을 보시면 1년에 전기료가 얼마나 나올지 써 있습니다. 좋은 제도라고 생각됩니다. 이 제도를 실행하면 사람들이 제품을 구매하기 전에 에너지소비효율등급도 구매의사 결정에 결정적인 역할을 할 것입니다. 실제로 나가는 전기료를 한 눈에 알 수 있기 때문입니다. 물론 아주 짧은 시간을 놓고 본다면 큰 금액 차이가 아닐 수도 있습니다. 하지만 긴 시간을 가정한다면 적은 차이가 아닐 수 있습니다. 에너지소비효율등급표시제도 대상품목이 있습니다. 모든 제품에서 에너지소비효율등급라벨을 못 본 이유가 여기 있습니다. 대상품목이 있기 때문이죠. 전기냉장고, 김치냉장고, 전기 냉방기, 전기세탁기, 전기냉온수기, 전기밥솥, 전기진공청소기, 선풍기, 공기청정기, 백열전구, 형광램프, 안정기내장형램프, 삼상유도전동기, 가정용가스보일러, 어댑터 충전기, 전기냉난방기, 상업용전기냉장고, 가스온수기, 변압기, 창 세트, 텔레비전수상기, 전기 온풍기, 전기 스토브, 멀티전기히트펌프시스템, 제습기, 전기레인지, 셋톱박스, 컨버터 내장형 LED램프, 컨버터 외장형 LED램프, 냉동기, 공기압축기, 사이니지디스플레이, 건조기. 제품들은 시간이 지나면 바뀔 수도 있습니다. 관심 있으신 분들은 한국에너지공단 효율관리제도를 참고하세요. 제품을 소비할 때 마음에 드는 제품이 에너지소비효율등급이 어떤 지 볼 수 있습니다. 하지만 효율에 관심이 있으신 분이라면 에너지소비효율등급을 먼저 보고 제품을 구매할 수도 있을 것 같습니다. 한국에너지공단 효율관리제도 페이지에서 제품 검색이 가능합니다. 원하는 품목을 누르시면 제품의 에너지소비효율등급을 볼 수 있습니다. 1등급 제품을 사고 싶다 하면 1등급만 보실 수 있습니다. 이렇게 추린 목록에서 제품을 구입하실 수도 있는 거죠.