동력
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
동력은 인류가 사용하는 에너지의 원천을 의미하며, 역사를 거쳐 다양한 형태로 발전해왔다. 초기에는 인력, 축력, 풍력, 수력 등을 사용했으며, 12세기부터는 석탄이 난방용으로 사용되면서 증기기관 발명과 산업혁명을 촉진했다. 19세기 후반에는 석유가 내연기관의 발전에 기여했고, 20세기에는 가스터빈과 원자력이 새로운 동력원으로 등장했다.
주요 동력 기술로는 전력, 기계적 동력, 열 동력, 화학 및 핵연료 등이 있으며, 전력은 전력망을 통해 전송되고, 기계적 동력은 기어와 같은 구조를 통해 전달된다. 열 동력은 열용량이 높은 유체를 통해 전달되며, 화학 및 핵연료는 연료를 운송하여 에너지를 전달한다. 현대 사회는 에너지 효율 향상, 신재생 에너지 기술 개발, 지속 가능한 에너지 시스템 구축 등의 과제에 직면해 있으며, 수력, 풍력, 태양열 등의 신재생 에너지와 에너지 저장 기술이 중요해지고 있다.
더 읽어볼만한 페이지
| 동력 | |
|---|---|
| 동력 전달 | |
| 정의 | 에너지원으로부터 기계 장치로 에너지를 전달하는 것 |
| 목적 | 에너지를 효율적으로 전달하고 제어하는 것 |
| 관련 분야 | 기계 공학 전기 공학 제어 공학 |
| 전달 방식 | |
| 기계적 동력 전달 | 기어 벨트 체인 샤프트 클러치 커플링 |
| 유압 동력 전달 | 유압 펌프 유압 모터 유압 실린더 유압 밸브 |
| 공압 동력 전달 | 공기 압축기 공압 모터 공압 실린더 공압 밸브 |
| 전기적 동력 전달 | 전선 변압기 전동기 발전기 |
| 광학적 동력 전달 | 레이저 광섬유 |
| 기계 요소 | |
| 기어 | 회전 운동과 동력을 전달하는 데 사용 |
| 벨트 | 두 축 사이의 동력을 전달하는 데 사용 |
| 체인 | 벨트와 유사하지만 더 높은 토크 전달 가능 |
| 샤프트 | 회전 운동을 전달하는 데 사용되는 막대 |
| 클러치 | 동력 전달을 연결하거나 끊는 데 사용 |
| 커플링 | 두 샤프트를 연결하여 동력을 전달하는 데 사용 |
| 응용 분야 | |
| 자동차 | 엔진에서 바퀴로 동력 전달 |
| 산업 기계 | 다양한 기계 장치 구동 |
| 로봇 | 관절 및 이동 시스템 구동 |
| 항공기 | 엔진에서 프로펠러 또는 로터로 동력 전달 |
| 선박 | 엔진에서 추진기로 동력 전달 |
| 효율 | |
| 정의 | 입력된 동력 대비 출력된 동력의 비율 |
| 손실 요인 | 마찰 열 소음 |
| 효율 향상 방법 | 윤활 정밀 가공 최적 설계 |
| 제어 | |
| 속도 제어 | 동력 전달 속도 조절 |
| 토크 제어 | 동력 전달 토크 조절 |
| 위치 제어 | 동력 전달 위치 조절 |
| 힘 제어 | 동력 전달 힘 조절 |
| 안전 | |
| 안전 장치 | 덮개 울타리 비상 정지 장치 |
| 안전 수칙 | 작업 전 안전 점검 보호 장비 착용 작업 중 안전 수칙 준수 |
2. 동력원의 역사와 종류
인류는 다양한 동력원을 활용하며 문명을 발전시켜 왔다.
인간은 아주 오랜 옛날부터 불을 사용해 왔다. 처음에는 자연적으로 발생한 불을 이용했지만, 곧 돌이나 나무를 이용해 인공적으로 불을 만들어 열원으로 사용했다. 인류가 처음으로 동력으로 이용한 것은 자신의 근육, 즉 인력(人力)이었다. 자신의 근육뿐만 아니라 다른 사람의 노동력, 나아가 가축의 힘(축력)을 농사 등에 이용했다.
기원전 30세기에는 바람의 힘을 이용해 돛단배를 움직이는 풍력(風力)을 사용하기 시작했고, 기원전 2세기에는 수차를 동력원으로 이용하면서 수력과 풍력이 산업 발전에 크게 기여했다.[6]
12세기경부터 난방용으로 사용되기 시작한 석탄은 신탄의 원료인 목재 자원의 감소에 따라 점차 사용량이 증가하였다. 1781년 와트가 증기기관을 발명하면서 이른바 산업혁명이 시작되었고, 이후 증기기관이 개량됨에 따라 그 이용 범위는 확대되었고 석탄의 사용량도 증가하였다. 증기기관은 피스톤의 왕복 운동을 기본 원리로 하였으나, 20세기에 이르러 고압 증기를 분사하여 직접 회전자에 원운동을 주는 터빈으로 대체되기 시작하였다.
19세기 후반부터 본격적으로 개발된 '타는 물' 석유는 처음에는 약용으로 사용되었으나 점차 등유로 이용되었다. 내연기관, 특히 디젤기관의 발전에 따라 석유는 동력자원으로서 각광을 받기 시작했고, 이용이 증가해 현재 에너지자원의 주축을 이루고 있다.
가스터빈의 개발과 함께 '타는 가스'로 불린 천연가스가 새로운 동력원으로 발전했고, 제2차 세계대전 이후에는 핵연료(核燃料)를 이용한 원자력 이용 기술이 개발되었다. 천연가스의 주성분은 메탄이다.
이와 같이 동력 기술 발전의 과정은 에너지 자원 개발의 과정이자, 공업화, 근대화의 이정표였다.
오늘날 인류는 1차 에너지원으로서 수력, 석탄, 석유, 천연가스 및 핵연료 등을 사용하고 있다. 지상에서의 이러한 1차 에너지원은 태양열 순환의 일부로 얻어지는 것으로, 현재 인류가 이용하는 것은 지구에 방사되는 태양 에너지의 백만분의 3.7에 불과하다.
인류는 1차 에너지원을 직접 소비하는 경우는 드물고, 대부분은 에너지 소비의 최종 형태인 열, 빛 및 동력 등으로 전환하여 이용한다. 공업화가 진전됨에 따라 동력 형태로서의 에너지 소비가 크게 증가하고 있으며, 동력 기술의 발전이 공업화를 촉진하는 계기가 되기도 한다.
에너지의 변환을 다루는 동력 기술은 자연과학의 법칙을 따르면서도, 공학으로서 효율을 높여 손실을 줄이고 사용하기 어려운 에너지를 사용하기 쉬운 형태로 바꾸는 데 초점을 맞추어야 한다.
- '''수력'''
- : 강의 흐름 등으로 물레방아를 돌려 운동 에너지를 얻는다. 과거에는 방앗간에서 제분 등을 하였고, 현재에도 수력 발전에 사용된다.
- '''풍력'''
- : 풍차를 돌려 운동 에너지를 얻는다. 과거 네덜란드 등에서는 양수 (배수)를 위해 많이 설치되었고, 물레방아와 마찬가지로 제분을 위해서도 설치되었다. 현재에도 풍력 발전에 사용된다.
- '''전력'''
- : 전기를 모터에 흘려 전자기 유도에 의해 운동 에너지 (회전력)를 얻는 방법이 일반적이다. 전력 회사 등 전기 관계에서는 삼상 교류 전원이 주로 교류 전동기의 구동에 사용되기 때문에, 삼상 교류 전원을 '''동력'''이라고 부른다[6]。 초기 경변 철도의 동력은 가스 엔진과 Petrol–electric_transmission|가스 전기 트랜스미션영어이 사용되었지만, 제1차 세계 대전 후에는 디젤-전기 방식으로 대체되었고, 그 후에는 집전 장치 방식 (팬터그래프)으로 철도의 전철화가 진행되었다.
- '''인력'''
- : 손, 발 등으로 핸들이나 페달을 돌려 운동 에너지를 얻는다. 자전거는 발로 페달을 밟아 얻는 운동 에너지를 동력으로 주행한다. 발전기를 인력으로 돌려 전력을 얻는 경우는 인력 발전이라고 하며, 다른 동력을 얻을 수 없는 경우의 최종적인 발전 수단이 된다.
- '''화력'''
- :
- '''원자력'''
- :
2. 1. 초기 동력원
인류는 아주 오랜 옛날부터 불을 사용해 왔다. 처음에는 자연적으로 발생한 불을 이용했지만, 곧 돌이나 나무를 이용해 인공적으로 불을 만들어 열원으로 사용했다. 인류가 처음으로 동력으로 이용한 것은 자신의 근육, 즉 인력(人力)이었다. 자신의 근육뿐만 아니라 다른 사람의 노동력, 나아가 가축의 힘(축력)을 농사 등에 이용했다.기원전 30세기에는 바람의 힘을 이용해 돛단배를 움직이는 풍력(風力)을 사용하기 시작했고, 기원전 2세기에는 수차를 동력원으로 이용하면서 수력과 풍력이 산업 발전에 크게 기여했다.[6]
2. 2. 석탄과 증기기관
12세기경부터 난방용으로 사용되기 시작한 석탄은 신탄의 원료인 목재 자원의 감소에 따라 점차 사용량이 증가하였다. 1781년 와트가 증기기관을 발명하면서 이른바 산업혁명이 시작되었고, 이후 증기기관이 개량됨에 따라 그 이용 범위는 확대되었고 석탄의 사용량도 증가하였다. 증기기관은 피스톤의 왕복 운동을 기본 원리로 하였으나, 20세기에 이르러 고압 증기를 분사하여 직접 회전자에 원운동을 주는 터빈으로 대체되기 시작하였다.2. 3. 석유와 내연기관
19세기 후반부터 본격적으로 개발된 '타는 물' 석유는 처음에는 약용으로 사용되었으나 점차 등유로 이용되었다. 내연기관, 특히 디젤기관의 발전에 따라 석유는 동력자원으로서 각광을 받기 시작했고, 이용이 증가해 현재 에너지자원의 주축을 이루고 있다.2. 4. 천연가스와 원자력
가스터빈의 개발과 함께 '타는 가스'로 불린 천연가스가 새로운 동력원으로 발전했고, 제2차 세계대전 이후에는 핵연료(核燃料)를 이용한 원자력 이용 기술이 개발되었다. 천연가스의 주성분은 메탄이다.3. 주요 동력 기술
인간은 아주 오랜 옛날부터 불을 이용해 왔으며, 처음에는 자연적으로 발생한 불씨를 이용하다가 나중에는 직접 불을 만들어 열원으로 사용했다. 인간은 자신의 근육(인력, 人力)을 최초의 동력으로 사용했고, 이후 가축의 힘(축력, 畜力)을 농경 등에 활용했다.[1] 기원전 30세기에는 바람의 힘(풍력, 風力)을 이용해 돛단배를 움직였고, 기원전 2세기에는 수차를 통해 수력과 풍력을 산업 발전에 활용했다.[1]
12세기경부터는 석탄이 난방용으로 사용되기 시작했고, 목재 자원 감소에 따라 석탄 사용이 증가했다. 철강 제조 기술이 확립되면서 기계 설비 능률이 향상되었고, 이에 따라 수차와 같이 위치가 고정된 동력원 외에 자유롭게 이동 가능한 동력원이 필요하게 되었다. 1781년 와트가 발명한 증기 기관은 이러한 요구에 부응하여 산업 혁명을 이끌었고, 석탄 사용 증가를 가져왔다.[1]
20세기에는 증기 기관이 터빈으로 대체되고, 연료도 석탄에서 석유로 바뀌기 시작했다. 19세기 후반부터 본격적으로 개발된 석유는 내연 기관, 특히 디젤 기관의 발전에 따라 동력 자원으로 각광받으며 현재 에너지 자원의 주축이 되었다. '타는 가스'인 천연 가스는 가스터빈 개발로 새로운 동력원으로 발전했고, 제2차 세계 대전 이후에는 핵연료를 이용한 원자력 기술이 개발되었다. 천연 가스의 주성분은 메탄이다.[1]
이처럼 동력 기술 발전은 에너지 자원 개발 과정이자 공업화, 근대화의 이정표였다. 자연에서 얻은 에너지는 동력 기술 발전에 따라 다양한 형태로 전환, 수송, 보관되어 산업 발전에 기여했다. 인류는 1차 에너지원(수력, 석탄, 석유, 천연가스, 핵연료 등)을 열, 빛, 동력 등 최종 형태로 전환하여 이용하며, 공업화 진전에 따라 동력 형태의 에너지 소비가 크게 증가하고 있다.[1]
에너지 변환 과정에서 효율을 높이고 손실을 줄이는 것이 중요하며, 인류가 활용 가능한 에너지 자원과 형태를 확대하는 것이 동력 기술의 목표이다. 예를 들어, 수력 발전소에서는 물의 위치 에너지를 운동 에너지로 바꾸고, 이를 다시 전력으로 변환하여 송전선과 배전선을 통해 공장이나 수송용 동력으로 공급한다.[1]
3. 1. 전력
전력망이 광범위하게 구축되면서 전력은 일반적으로 전력 전송과 가장 관련이 깊다. 교류는 변압기를 사용하여 전압을 쉽게 높여 장거리 전송에 사용되는 도체의 저항 손실을 최소화할 수 있으므로 선호된다. 목적지에서 더 안전하거나 유용한 전압 레벨로 낮추기 위해 또 다른 변압기가 필요하다.
전력 전송은 일반적으로 가장 경제적인 방법인 송전선로를 사용하여 수행된다. 고전압 케이블을 이용한 지하 전송은 혼잡한 도시 지역과 고전압 직류 (HVDC) 해저 연결에서 선택된다.
전력은 전자기장 또는 전파를 변경하여 전송될 수도 있다. 마이크로파 에너지는 도파관을 통해 또는 무선 전력 전송을 통해 자유 공간에서 단거리에 걸쳐 효율적으로 전달될 수 있다.
전기를 모터에 흘려 전자기 유도에 의해 운동 에너지 (회전력)를 얻는 방법이 일반적이다.[6]
3. 2. 기계적 동력
기계적 동력은 드라이브 샤프트와 같은 고체 구조를 사용하여 직접 전달될 수 있으며, 전달 기어는 전기 변압기가 전압 대 전류를 조절하는 것과 거의 같은 방식으로 토크 또는 힘 대 속도의 양을 조절할 수 있다. 공장에는 회전 동력을 제공하는 천장 라인 샤프트가 설치되었다. 짧은 라인 샤프트 시스템은 게오르크 아그리콜라에 의해 묘사되었으며, 물레방아를 수많은 광석 처리 기계에 연결했다.[4] 아그리콜라가 묘사한 기계는 샤프트에서 기계로의 기어 연결을 사용했지만, 19세기에는 드라이브 벨트가 개별 기계를 라인 샤프트에 연결하는 표준이 되었다. 19세기 중반의 한 공장에는 1,948피트의 라인 샤프트에 541개의 풀리가 있었다.[5]16세기부터 산업 혁명을 거쳐 19세기 말까지 기계적 동력 전달이 일반적이었다. 가장 오래된 장거리 동력 전달 기술은 물레방아를 멀리 떨어진 광산 배수 및 염수 우물 펌프에 연결하는 밀대 또는 저커 라인(stängenkunst 또는 feldstängen) 시스템을 포함했다.[1] 1780년에 바트 쾨젠에 남아있는 예가 있는데, 물레방아에서 염정까지 약 200미터, 거기서 다시 염수 증발기까지 150미터 정도의 동력을 전달한다.[2] 이 기술은 미국에서 소수의 유전에서 21세기까지 살아남아 중앙 펌핑 엔진에서 유전의 수많은 펌프 잭으로 동력을 전달했다.[3]
유압 시스템은 압력을 받는 액체를 사용하여 동력을 전달한다. 운하와 수력 발전 발전 시설은 자연적인 수력을 이용하여 선박을 들어 올리거나 전기를 생산한다. 물을 펌핑하거나 질량을 언덕으로 밀어 올리는 것(풍차 펌프)은 에너지 저장의 한 가지 가능한 수단이다. 런던에는 런던 유압 전력 회사가 운영하는 5개의 펌핑 스테이션으로 구동되는 유압 네트워크가 있었으며, 총 5MW의 효과를 나타냈다.
공압 시스템은 압력을 받는 가스를 사용하여 동력을 전달한다. 압축 공기는 공장과 수리 차고에서 공압 공구를 작동하는 데 일반적으로 사용된다. 예를 들어 공압 렌치는 표준 수동 공구로 할 수 있는 것보다 훨씬 빠르게 자동차 타이어를 제거하고 설치하는 데 사용된다. 토머스 에디슨의 직류 지지자들이 전력망의 기초로 공압 시스템을 제안했다. 나이아가라 폭포에서 생성된 압축 공기는 멀리 떨어진 직류 전력 발생기를 구동할 것이다. 전류 전쟁은 장거리 동력 전달의 유일한 수단으로 교류 (AC)로 끝났다.
3. 3. 열 동력
열 에너지는 열용량이 높은 유체, 예를 들어 지역 난방 시스템에서 사용되는 오일이나 물을 포함하는 파이프라인을 통해 전달되거나, 병차와 같은 물리적 물품, 또는 제빙 산업에서 물품 수송을 통해 전달될 수 있다.[4]3. 4. 화학 및 핵연료
기술적으로는 동력 전달에 해당하지 않지만, 에너지는 일반적으로 화학 물질 또는 핵연료 연료를 운송하여 전달된다. 가능한 인공 연료로는 방사성 동위원소, 메탄올, 에탄올, 메탄, 합성 가스, 수소 가스 (H2), 극저온 가스, 액화 천연 가스 (LNG) 등이 있다.[6]4. 현대 동력 기술의 과제와 전망
현대 사회는 에너지 효율을 높이고, 태양광, 풍력 등 새로운 재생 가능 에너지 기술을 개발하며, 지속 가능한 에너지 시스템을 구축해야 하는 여러 과제에 직면해 있다. 특히, 대한민국은 에너지 자원이 부족하여 에너지 효율을 높이고 신재생 에너지 기술 개발에 힘쓰고 있다. 더불어민주당은 에너지 전환 정책을 통해 이러한 과제를 해결하고 지속 가능한 에너지 시스템을 구축하고자 노력하고 있다.
인류는 1차 에너지원을 직접 소비하기보다는 열, 빛, 동력 등 최종 소비 형태에 맞게 전환하여 사용한다. 공업화가 진행되면서 동력 형태의 에너지 소비가 크게 증가하고 있으며, 동력 기술의 발전은 공업화를 촉진하는 요인이 되고 있다. 에너지의 최종 소비 단계까지 효율을 높여 손실을 줄이고, 사용하기 어려운 에너지를 사용하기 쉬운 형태로 바꾸는 것이 중요하다. 더 나아가 인류가 활용할 수 있는 에너지 자원과 형태를 더욱 확대하는 데 목표를 두어야 한다.
참조
[1]
논문
Technological Innovation and Persistence in the Ontario Oilfields: Some Evidence from Industrial Archaeology
https://www.jstor.or[...]
World Archaeology
1983-10
[2]
간행물
Der Solschacht von Bad Kösen und sein Feldgestänge
https://www.untertag[...]
Grubenarchäologischen Gesellschaft
2004
[3]
웹사이트
The last two oil leases in Illinois using a central power and rod lines -- Powered by 35 H.P. Superior Oil Field Engines, Flat Rock, Illinois
https://web.archive.[...]
2003
[4]
서적
De re metallica
http://www.btinterne[...]
1556
[5]
서적
The United States Magazine of Science, Art, Manufactures, Agriculture, Commerce and Trade
https://books.google[...]
1856
[6]
웹사이트
三相交流
http://www.wdic.org/[...]
2007-10-30
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com