와트

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1. 개요
2. 정의
3. 역사
4. SI 접두어
5. 활용
6. 전력 산업 용어
7. 다른 단위와의 관계
참조

1. 개요

와트는 일률의 단위로, 1초 동안 1줄의 일을 하는 일률을 의미한다. SI 단위계에서는 kg⋅m²/s³으로 표시되며, 전자기학에서는 볼트와 암페어를 사용하여 정의된다. 와트는 제임스 와트의 이름을 따서 명명되었으며, 전력량 단위인 와트시(Wh)와 밀접한 관련이 있다. 와트는 다양한 SI 접두어와 함께 사용되며, 일상생활의 가전제품 소비전력 표기, 산업에서의 송신기 전력 보고, 과학 기술 분야에서의 레이저 출력 측정 등 다방면으로 활용된다. 또한, 전력 산업에서는 메가와트 전기(MWe)와 메가와트 열(MWt)로 구분하여 에너지 효율을 계산하며, 다른 일률 단위와의 환산 관계를 가진다.

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와트
기본 정보
420와트 전원 공급 장치
명칭	와트
영어	watt
기호	W
명명 유래	제임스 와트
종류	SI 유도 단위
물리량	일률, 공률, 전력, 방사속
차원	M·L²·T⁻³
단위
SI 기본 단위	1 kg·m²·s⁻³
CGS 단위	10⁷ erg·s⁻¹
영국 공학 단위	1 W = 0.7375621 ft⋅lbf/s = 0.00134102 hp
정의
정의	1초에 1 J의 일을 하는 일률

2. 정의

1와트(W)는 1초 동안 1줄(J)의 일을 하는 일률로 정의된다.^[37] SI 기본 단위로 표현하면 kg⋅m²/s³이다.^[37]

전자기학에서는 1볼트(V)의 전위차에서 1암페어(A)의 전류가 흐를 때의 전력으로 정의된다.^[46] (1 W = 1 V * 1 A)

다른 일률 단위와의 환산은 다음과 같다.

일률의 단위
	W	kgf·m/s	PS	kcal/h	HP (BHP)
1 와트(W)	1	0.102	0.00136	≈ 0.860	≈ 0.00134
1 중량 킬로그램미터 매초(kgf·m/s)	9.80665	1	≈ 0.01333	≈ 8.4322	≈ 0.01315
1 프랑스 마력(PS)	735.49875	75	1	≈ 632.415	≈ 0.9863
1 킬로칼로리매시(kcal/h)	1.163	≈ 0.1186	≈ 0.00158	1	≈ 0.00155
1 영국 마력(HP(BHP))	745	≈ 76.040	1.013	641	1

3. 역사

C. 윌리엄 지멘스는 1882년 8월 영국 과학진흥협회 제52차 회의 회장 연설에서 제임스 와트의 이름을 딴 전력 단위를 제안했다.^[6] 실용 단위계 단위들이 주요 물리학자들의 이름을 따서 명명된 점에 주목하여, 지멘스는 '와트'가 전력 단위에 적합한 이름이 될 수 있다고 제안했다.^[7] 지멘스는 기존의 실용 단위계 내에서 이 단위를 "암페어의 전류가 볼트의 전위차를 통해 전달하는 전력"으로 정의했다.^[8]

1908년 10월, 런던에서 열린 국제 전기 단위 및 표준 회의^[9]에서 소위 '국제' 단위에 대한 정의가 확립되었고,^[10] 지멘스의 정의는 '국제 와트'로 채택되었다.^[5] 와트는 실용 단위계에서 10⁷ 전력 단위와 같다고 정의되었다.^[10] "국제 단위"는 1909년부터 1948년까지 주로 사용되었다.

1948년 제9차 국제 도량형 총회 이후, '국제 와트'는 실용 단위에서 절대 단위(즉, 길이, 질량, 시간만 사용)로 재정의되었다. 구체적으로, 1와트는 단위 시간당 전달되는 에너지량, 즉 1 J/s로 정의되었다. 이 새로운 정의에서 1 '절대' 와트 = 1.00019 '국제' 와트이다. 따라서 1948년 이전에 작성된 자료는 '국제 와트'를 사용했을 가능성이 높으므로, 이 시기의 수치를 1948년 이후의 와트와 비교할 때 주의해야 한다.^[5] 1960년, 제11차 국제 도량형 총회는 '절대 와트'를 국제 단위계(SI)의 전력 단위로 채택했다.^[11]

4. SI 접두어

와트 단위에는 SI 접두어가 함께 쓰이며, 작은 값부터 큰 값까지 폭넓게 표현한다. 밀리와트(mW), 킬로와트(kW), 메가와트(MW), 기가와트(GW) 등이 자주 사용된다.

배수	이름	기호
1	와트	W
10¹	데카와트	daW
10²	헥토와트	hW
10³	킬로와트	kW
10⁶	메가와트	MW
10⁹	기가와트	GW
10¹²	테라와트	TW
10¹⁵	페타와트	PW
10¹⁸	엑사와트	EW
10²¹	제타와트	ZW
10²⁴	요타와트	YW
10²⁷	론나와트	RW
10³⁰	퀘타와트	QW

약수	이름	기호
1	와트	W
10⁻¹	데시와트	dW
10⁻²	센티와트	cW
10⁻³	밀리와트	mW
10⁻⁶	마이크로와트	µW
10⁻⁹	나노와트	nW
10⁻¹²	피코와트	pW
10⁻¹⁵	펨토와트	fW
10⁻¹⁸	아토와트	aW
10⁻²¹	젭토와트	zW
10⁻²⁴	욕토와트	yW
10⁻²⁷	론토와트	rW
10⁻³⁰	퀙토와트	qW

5. 활용

100kg의 질량을 가진 사람이 5초 만에 3미터 높이의 사다리를 오르면 약 600W의 일률로 일을 하는 것이다. 질량에 중력 가속도와 높이를 곱한 값을 물체를 특정 높이까지 들어 올리는 데 걸리는 시간으로 나누면 '일률' 또는 '동력'을 구할 수 있다. 노동자는 8시간 근무 동안 평균 약 75W의 출력을 유지할 수 있으며, 단시간 또는 운동선수의 경우 더 높은 일률을 달성할 수 있다.^[4]

킬로와트(1kW)는 엔진, 전동기, 공구, 기계, 히터의 전력 및 방송 라디오, 텔레비전 송신기의 전자기 복사 출력을 표현하는 데 사용된다.^[4] 1킬로와트는 약 1.34 마력과 같으며, 소형 전기 히터는 하나의 히팅 요소로 1kW를 사용할 수 있다.

메가와트(1MW)는 대형 전동기, 항공모함, 순양함, 잠수함과 같은 대형 군함, 대형 서버 팜 또는 데이터 센터, 슈퍼 콜라이더와 같은 과학 연구 장비 등에서 사용된다. 대형 주거용 또는 상업용 건물은 전력 및 난방에 수 메가와트를 사용할 수 있다. 현대의 고출력 전기 기관차는 일반적으로 5~6MW의 최대 출력을 가진다.

기가와트(1GW)는 대형 발전소의 출력에 사용되는 단위로, 벨기에 도엘 원자력 발전소의 가장 큰 유닛은 1.04GW의 최대 출력을 가진다.^[21] HVDC 변환기는 최대 2GW의 정격 전력으로 제작되었다.^[22]

레이저의 출력은 펨토와트(10^-15W) 또는 페타와트(10¹⁵W) 단위로 나타낼 수 있으며, 전파 천문학 및 음향학에서는 피코와트(10^-12W)를 측정하는 데 와트가 사용된다. 1피코와트는 음향 출력의 국제 표준 참조값이다.^[13] 뇌파계(EEG) 및 심전계(ECG)와 같은 의료 기기에서는 마이크로와트(10^-6W) 단위의 전력을 측정한다.^[14]

물리학에서 힘과 에너지는 밀접하게 관련되어 있지만, 서로 다른 물리량이다. 힘은 에너지가 생성되거나 소비되는 비율을 나타내며, 와트는 에너지를 시간당 단위로 나타내는 단위이다. 발전소는 특정 시점에서 달성할 수 있는 최대 출력인 메가와트 또는 기가와트 단위로 평가되지만, 연간 에너지 생산량은 기가와트시와 같은 에너지 단위로 기록된다.

전기공학에서 전력(일률)은 전압과 전류의 곱으로 나타낼 수 있다(W = V⋅A). 대한민국의 가정에서는 100V 교류 전원을 사용하며, 많은 전기 기구는 소비전력(유효전력)을 와트(W) 단위로 표시한다. 1kW는 1000W이다.

5. 1. 일상생활

가전제품의 소비전력은 텔레비전, 냉장고, 세탁기 등에서 흔히 볼 수 있으며, 와트(W) 단위로 표시된다. 예를 들어, 200W를 소비하는 텔레비전은 100V 전압에서 2A의 전류를 사용한다. 이는 '전류 = 전력 / 전압' 공식을 통해 계산할 수 있다.^[41]

소비전력(W)이 낮은 제품을 선택하면 에너지를 절약할 수 있다. 1kW는 1000W와 같으며, 1.5kW 전기 핫플레이트는 15A의 전류를 사용한다. 가정에서 여러 전기 기구를 동시에 사용할 때 차단기가 내려가는 것은 규정 전류량을 초과했기 때문이다. 콘센트나 멀티탭에는 안전을 위해 사용할 수 있는 전류량이 정해져 있으므로, 연결 전 각 기기의 와트 수를 확인하고 전류 합계가 용량 이하인지 확인해야 한다.

LED 전구의 경우, 실제 소비전력과 무관하게 백열전구와 동일한 밝기를 나타내는 '○와트 상당'이라는 표기가 사용되기도 한다. 그러나 실제 밝기인 광속은 상당 와트 수와 반드시 비례하지는 않는다.^[43]

5. 2. 산업

킬로와트는 일반적으로 엔진의 출력 및 전동기, 공구, 기계 및 히터의 전력을 표현하는 데 사용된다.^[4] 또한 방송 라디오 및 텔레비전 송신기의 전자기 복사 출력을 표현하는 데 사용되는 일반적인 단위이기도 하다. 1킬로와트는 약 1.34 마력과 같다. 하나의 히팅 요소를 가진 소형 전기 히터는 1킬로와트를 사용할 수 있다. 미국 가정의 평균 전력 소비량은 약 1킬로와트이다.^[16] 지구 표면적 1제곱미터는 맑은 날 정오, 적도 근처에서 태양으로부터 약 1킬로와트의 햇빛(태양 복사량)을 받는다.^[17]

메가와트는 대형 전동기, 항공모함, 순양함 및 잠수함과 같은 대형 군함, 대형 서버 팜 또는 데이터 센터, 그리고 슈퍼 콜라이더와 같이 매우 큰 레이저의 출력 펄스와 같은 일부 과학 연구 장비 등 이 규모의 에너지 변환을 생성하거나 유지하는 많은 사건이나 기계에 사용된다. 대형 주거용 또는 상업용 건물은 전력 및 난방에 수 메가와트를 사용할 수 있다. 철도의 경우, 현대의 고출력 전기 기관차는 일반적으로 5또는의 최대 출력을 가지며, 일부는 훨씬 더 많은 출력을 생성한다. 예를 들어, 유로스타 e300은 이상을 사용하는 반면, 무거운 디젤 전기 기관차는 일반적으로 3및를 생성하고 사용한다. 미국의 원자력 발전소는 약 500및 사이의 순 여름 용량을 가지고 있다.^[18]

기가와트는 대형 발전소의 출력이다. 따라서 GW 단위는 대형 발전소와 전력망에 사용된다. 예를 들어, 2010년 말까지 중국 산시성의 전력 부족은 5~6 GW로 증가할 것으로 예상되었으며,^[19] 독일의 풍력 발전 설비 용량은 25.8 GW였다.^[20] 벨기에 도엘 원자력 발전소의 4개 유닛 중 가장 큰 유닛은 1.04 GW의 최대 출력을 가지고 있다.^[21] HVDC 변환기는 최대 2 GW의 정격 전력으로 제작되었다.^[22]

5. 3. 과학 기술

레이저의 출력은 펨토와트(10^-15W) 또는 페타와트(10¹⁵W) 단위로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 로렌스 리버모어 국립 연구소의 노바 레이저는 차폐 펄스 증폭 과정을 통해 1.25 PW의 출력을 달성했다.^[25] 오사카 대학 레이저 공학 연구소(ILE)의 고속 점화 실험용 레이저(LFEX)는 약 1ps 동안 2 PW의 출력을 달성했다.^[26]^[27]

전파 천문학 및 음향학에서는 미세한 전력(피코와트, 10^-12W)을 측정하는 데 와트가 사용된다. 1피코와트는 음향 출력의 국제 표준 참조값이다.^[13]

뇌파계(EEG) 및 심전계(ECG)와 같은 의료 기기에서는 마이크로와트(10^-6W) 단위의 전력을 측정한다.^[14]

5. 4. 전력과 전력량

물리학에서 힘과 에너지는 밀접하게 관련되어 있지만 서로 다른 물리량이다. 힘은 에너지가 생성되거나 소비되는 비율이므로, 에너지를 시간당 단위로 나타내는 단위(예: 와트)로 측정된다.

예를 들어, 100W의 정격 출력을 가진 전구를 1시간 동안 켜두면 사용된 에너지는 100와트시(W·h), 0.1킬로와트시 또는 360kJ이다. 같은 양의 에너지는 40와트 전구를 2.5시간 동안, 또는 50와트 전구를 2시간 동안 켤 수 있다.^[4]

발전소는 일반적으로 메가와트 또는 기가와트 단위의 힘으로 평가된다(예를 들어, 중국의 삼협댐은 약 22기가와트로 평가된다). 이는 특정 시점에서 달성할 수 있는 최대 출력을 반영한다. 그러나 발전소의 연간 에너지 생산량은 일반적으로 기가와트시와 같은 에너지 단위(힘이 아님)로 기록된다. 주요 에너지 생산 또는 소비는 주어진 기간(종종 달력 연도 또는 회계 연도)에 대해 테라와트시로 표현되는 경우가 많다. 1테라와트시의 에너지는 1시간 동안 1테라와트의 지속적인 전력 공급 또는 약 1년 동안 약 1억 1400만 와트(약 114메가와트)의 일정한 전력 출력과 같다.

: 출력 = 에너지 / 시간

: 연간 1테라와트시 = / (365일 × 24시간/일) ≈ 1억 1400만 와트 (이는 약 114메가와트의 일정한 전력 출력과 같다.)

와트초는 에너지 단위이며 줄과 같다. 1킬로와트시는 3,600,000와트초이다. 와트/시간은 시간에 따른 힘 변화율의 단위이지만, 와트(또는 와트시)를 와트/시간이라고 부르는 것은 정확하지 않다.^[36]

전기공학 분야에서 일률인 전력은 다음 식으로 나타낸다.

: 전력 = 전압 × 전류

: W = V⋅A

예를 들어, 100V의 전압이 걸리고 1A의 전류가 흐르는 회로는 100W의 전력을 소비한다. (100 W = 100 V × 1 A)

대한민국의 많은 가정에서는 100V의 교류 전원을 사용한다. 그리고 많은 전기 기구는 소비전력(유효전력)을 와트(W) 단위로 표시하고 있다. 이로부터 전류를 구하려면, 줄의 법칙에서 얻어지는 다음 식을 사용하면 된다.

:전류 = 전력 / 전압

예를 들어, 200W를 소비하는 텔레비전 수상기에 흐르는 전류는, 그것을 100V로 나누면 2A의 전류가 흐른다는 것을 알 수 있다. 단, 위는 역률=100%라고 가정한 경우이며, 코일이나 콘덴서의 역률을 고려하면 다음 식이 된다. 그러나 가정용 전기 기구에는 역률이나 전류의 표시가 없는 것이 대부분이다.

:전류 = 소비전력 / (전압 × 역률)

전기 기구 중에는 kW(킬로와트) 단위로 표시되어 있는 것도 있다. 1kW = 1000W이므로 환산해서 구하면 된다. 예를 들어 1.5kW의 전기 핫플레이트에 흐르는 전류는 15A이다. 부엌에서 전기 핫플레이트와 밥솥과 전자레인지를 동시에 사용하면 차단기가 내려가는 경우가 있는데, 이것은 배선용 차단기에 정해진 규정 전류량을 초과했기 때문이다.

콘센트나 멀티탭 등은 안전의 관점에서 사용할 수 있는 전류량이 정해져 있다. 예를 들어 15A까지로 정해져 있는 제품에는 15A 이상의 전류를 흘려서는 안 된다. 따라서 연결하기 전에 각 기기의 와트 수를 조사하고, 그것들이 사용하는 전류를 합계하여 용량 이하임을 확인해야 한다. 단, 역률이 100%가 아닌 경우 피상전력은 소비전력보다 크기 때문에 전류는 커진다.

:전류 = 피상전력 / 전압

피상전력의 단위는 볼트암페어(VA), 무효전력의 단위는 바르(var)이다.

전력을 표시하는 와트가, 빛이나 열의 단위^[41]처럼 취급되는 경우가 있다. 「1kW의 고온 조리」「(쓸데없이 밝은 사람을) 화장실의 100W」 등. 이것은 가정에서 주목받는 전력이 백열전구 등에서의 소비전력이었기 때문이다. 전구나 전열 기구를 구입할 경우, 소비전력으로 광량이나 열량의 기준을 정하는 경우가 많았다. 전자레인지로 가열할 때 선택하는 와트 수는, 식품에 주어지는 단위 시간당 에너지량에 해당하는 「정격 고주파 출력」이며, 소비전력은 이 값을 상회한다^[42].

LED 전구에도 밝기의 기준으로, 실제 소비전력과는 무관하게(백열전구로 동등한 밝기가 되는) 「○와트 상당」이라고 기재되어 있는 예가 있지만, 실제 밝기인 광속은 상당 와트 수와 비례하지 않는다.^[43]

반대로, 반도체 설계 관련 값인 「Thermal Design Power」가, 한국어로 열설계전력으로 번역되어 소비전력의 지표로 간주되는 경우도 있지만, 이것은 원래 히트싱크 등의 설계에 사용하는 「단위 시간당 반도체가 방출하는(=냉각기로 처리할 필요가 있는) 열량」의 값이다.

6. 전력 산업 용어

전력 산업에서 메가와트 전기(MWe^[31] 또는 MW_e)^[32])는 관례적으로 발전기가 생산하는 전력을 나타내는 반면, 메가와트 열 또는 열 메가와트^[33](MWt, MW_t 또는 MWth, MW_th)는 발전소가 생산하는 열전력을 나타낸다. 예를 들어, 아르헨티나의 엠발세 원자력 발전소는 핵분열 반응로를 사용하여 2109 MW_t(열)을 생성하며, 이는 터빈을 구동하는 증기를 생성하고, 648 MW_e(전기)를 생성한다. 다른 SI 접두어가 때때로 사용되기도 하는데, 예를 들어 기가와트 전기(GW_e)가 있다.

7. 다른 단위와의 관계

Watt^영어(와트)는 1초 동안 1줄(J)의 일을 하는 일률의 단위로, J/s로 표현할 수 있다.^[37] 즉, 1초당 변환·사용·소비되는 에너지(일)를 나타낸다.

: $1~\rm{W} = 1~\dfrac{\rm{J}}{\rm{s}} = 1~\dfrac{\rm{N\cdot m}}{\rm{s}} = 1~\dfrac{\rm{kg} \cdot \rm{m^2}}{\rm{s^3}} = \mathrm{1 ~ V \cdot 1 ~ A}$

1W에 3,600초(1시간)를 곱하면 3,600J이 되고, 이는 1와트시(Wh)이다.

암페어와 볼트의 정의에 따라, 1 암페어가 1 볼트의 전위차를 통해 흐를 때 일은 1 와트의 일률로 끝난다.^[46]

전자기학에서 1Watt^영어는 1암페어(A)의 전류가 1볼트(V)의 전위차를 가로질러 흐를 때 수행되는 전기적 일의 비율이다.

: $\mathrm{1 ~ W = 1 ~ V {\cdot} A}.$

옴의 법칙을 사용하면 다음과 같은 단위 환산을 찾을 수 있다.

: $\mathrm{1 ~ W = 1 ~ V^2 / \Omega = 1 ~ A^2 {\cdot} \Omega},$

여기서 옴( $\Omega$ )은 전기 저항의 SI 유도 단위이다.

100kg의 질량을 가진 사람이 5초 만에 3미터 높이의 사다리를 오르면 약 600Watt^영어의 일률로 일을 하는 것이다.

일률이나 전력 단위에 시간 단위를 사용하면 에너지를 나타내는 단위로 자주 쓰인다. 1킬로와트(kW)의 기기가 한 시간에 소비하는 에너지는 1 kWh가 되며 이는 3.6 MJ과 같다. 1 MWd는 86.4 기가줄(GJ)이 된다. 또, 1 와트는 1000mW이다.

다음은 다른 일률 단위와의 환산표이다.

일률의 단위
	W	kgf·m/s	PS	kcal/h	HP (BHP)
1 와트(W)	1	0.102	0.00136	≈ 0.860	≈ 0.00134
1 중량 킬로그램미터 매초(kgf·m/s)	9.80665	1	≈ 0.01333	≈ 8.4322	≈ 0.01315
1 프랑스 마력(PS)	735.49875	75	1	≈ 632.415	≈ 0.9863
1 킬로칼로리매시(kcal/h)	1.163	≈ 0.1186	≈ 0.00158	1	≈ 0.00155
1 영국 마력(HP(BHP))	745	≈ 76.040	1.013	641	1

참조

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