이것은 유도형 전력량계의 앞면으로, 지금도 많은 건물 계단에 걸려 있는 종류다. 왼쪽에서는 알루미늄 원판이 돌고, 그 위의 빨간 표시가 작은 창 앞을 거듭 지나간다 — 육백 바퀴가 1킬로와트시가 된다. 원판 아래에서는 파란 선 두 개가 뛴다: 원판을 돌리는 부하 전류다. 오른쪽에는 롤러식 계량기가 있는데, 소수 첫째 자리를 세는 모든 전력량계처럼 마지막 창이 빨갛고, 그 안의 숫자가 다음 숫자로 굴러간다. 계량기 아래에는 띠가 있어 빨간 채움이 왼쪽에서 오른쪽으로 1.00 눈금까지 나아간다 — 부하가 정확히 1킬로와트라면 한 시간에 이만큼 쌓인다. 오른쪽의 큰 글자는 단위 기호로 모든 언어에서 같으며, 그 아래에는 킬로와트시가 SI 단위로 얼마인지 적혀 있다.
에너지 · 가정, 요금, 전력 산업
킬로와트시
SI 밖의 조립 단위 · 양: 에너지 · 1 kWh는 정확히 3.6 MJ
줄은 교과서에서 알고 킬로와트시는 전기 요금 고지서에서 안다. 그래서 국제단위계에 속하지 않는 단위 가운데 가장 잘 알려진 단위다. 구조는 더할 나위 없이 단순하다: 전력을 킬로와트로 잡고 시간을 시로 곱한다 — 산수는 그게 전부다. 바로 이 단순함이 이 단위를 에너지의 일상어로 만들었다: 전기를 파는 사람이 팔아야 했던 것은 추상적인 에너지가 아니라 시간에 걸친 기기의 일이었고, 그래서 두 요소가 맨눈으로 보이는 단위를 골랐다.
계량학의 관점에서 보면 이것은 기묘한 존재다: SI 접두어, SI의 와트, SI 밖의 시로 짜 맞춘 조립 단위로, 국제도량형위원회는 사용을 허용하지만 SI에 넣지는 않는다. 그래도 환산은 마지막 자리까지 정확하다. 한 시간은 정확히 삼천육백 초이므로 1킬로와트시는 정확히 삼 점 육 메가줄이며, 반올림은 전혀 없다.
이 단위는 고지서 속에만 사는 것이 아니다. 구동용 배터리의 용량은 킬로와트시로, 발전소의 발전량은 메가와트시와 테라와트시로, 나라 전체의 소비는 페타와트시로 나타내며, 이 모든 자릿수에서 같은 편리함이 유지된다: 숫자를 보면 얼마의 전력으로 얼마 동안 쓸 수 있는지 곧바로 알 수 있다. 가장 큰 일상의 혼란은 곱을 써야 할 자리에 분수를 쓸 때 생긴다: 전기난로 광고의 「kW/h」는 에너지도 전력도 아닌, 아무것도 아니다.
기호는 kWh이다: 접두어 「k」는 소문자, 「W」는 대문자, 「h」는 소문자. 완전한 형태 kW·h의 곱셈 점은 생략할 수 있지만 사선으로 바꿔서는 안 된다 — 점은 곱을, 사선은 몫을 나타낸다. 「h」 뒤에는 마침표를 찍지 않는다. 단위 기호이지 낱말의 약자가 아니기 때문이다. 단위의 이름은 킬로와트시이다.
킬로와트시는 에너지이고 킬로와트는 전력이며, 서로를 대신할 수 없다: 전기난로의 전력은 2킬로와트이고, 저녁 한나절에 8킬로와트시를 소비한다. 「kW/h」는 아예 존재하지 않는다: 전력을 시간으로 나누면 전력이 변하는 빠르기가 되는데, 가정에서는 아무 의미 없는 양이다. 암페어시는 또 다른 것이다: 에너지가 아니라 전하를 세며, 전압을 곱해야 비로소 와트시가 된다.
01 · 정의
전력 × 시간킬로와트시는 출력 1킬로와트인 원천이 한 시간 동안 연속으로 작동하면서 내보내거나 소비하는 에너지이다. 한 시간은 삼천육백 초이고 1와트는 초당 1줄이므로, 1킬로와트시는 삼 점 육 메가줄과 같다 — 근사가 아니라 정확한 등식이다.
중요한 것은 전력과 시간의 곱을 무수한 방식으로 만들 수 있고, 그 모두가 같은 에너지를 준다는 점이다. 2킬로와트 전기 주전자를 삼십 분, 0.5킬로와트 세탁기를 두 시간, 40와트 냉장고를 하루 동안 쓰면 모두 같은 1킬로와트시를 소비한다. 느낌은 완전히 다르지만 말이다: 앞의 것은 요란하게 물을 끓이고, 뒤의 것은 조용히 웅웅거려 아무도 알아채지 못한다. 전력량계는 이런 인상에 관심이 없다 — 곱을 더해 나갈 뿐이다.
여기서 이 단위의 가장 큰 실용적 가치가 나온다: 두 질문에 한꺼번에 답한다. 에너지와 전력을 알면 작동 시간이 나온다 — 60킬로와트시 배터리는 15킬로와트 부하에서 네 시간 버틴다. 에너지와 시간을 알면 전력이 나온다 — 한 달에 250킬로와트시라면 평균적으로 밤낮없이 340와트 남짓을 쓰고 있다는 뜻이다.
엄밀히 말하면 전력량계가 재는 것은 곱이 아니라 적분이다: 집 안의 전력은 매분 바뀌고, 계기는 그 증가분을 쉼 없이 더한다. 유도형 전력량계는 이를 기계적으로 해낸다 — 전력이 클수록 원판이 빨리 돌고, 회전수가 쌓인 에너지다 —, 전자식은 펄스를 센다. 그러나 둘 다 같은 수를 내놓고, 거기에 요금 단가가 곱해진다.
전기 주전자와 냉장고가 같은 칸에
이 장면은 단위가 짜인 그대로 그려져 있다: 가로는 시간, 세로는 전력이고, 그 사이의 빨간 직사각형이 에너지다. 회색 격자는 한 칸이 정확히 1킬로와트시이므로 에너지를 눈으로 셀 수 있다: 직사각형이 덮는 칸 수가 곧 쌓인 킬로와트시의 수다. 슬라이더를 움직이면 전혀 다른 모양으로 같은 넓이를 쉽게 만들 수 있다 — 전기 주전자처럼 높고 좁게, 또는 냉장고처럼 낮고 길게 — 그리고 전력량계는 그것들을 구별하지 못한다. 점선은 1킬로와트시의 높이를 나타내고, 네 개의 버튼은 실제 기기의 직사각형을 놓아 주어 비교할 대상을 준다.
02 · 환산
에너지 단위 · 요금 · 전력과 시간고지서에서 줄로, 그리고 다시
여기의 환산은 모두 정확하다: 한 시간은 정확히 삼천육백 초, 접두어 「킬로」는 정확히 천이므로 사슬 어디에도 반올림이 없다. 근사가 되는 것은 기준 연료의 발열량으로 정의된 단위뿐이다.
두 번째 탭은 전기 요금과 평균 전력을 계산하고, 세 번째 탭은 킬로와트와 킬로와트시의 영원한 혼동을 풀어 준다.
석탄 환산 톤과 석유 환산 톤은 약속으로 정한 단위로, 각각 킬로그램당 칠천 킬로칼로리와 만 킬로칼로리로 정해져 있다. 실제 석탄이나 석유는 그보다 많을 때도 적을 때도 있다. 그래서 이를 거친 환산은 통계와 계획에는 알맞지만 특정한 노의 계산에는 맞지 않는다.
| 양 | 값 | 비고 |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · 측정 기기
원판 · 펄스 · 클램프 · 검정무엇으로 곱을 더하는가
알루미늄 원판 전력량계
두 개의 코일 — 전류 코일과 전압 코일 — 이 알루미늄 원판에 맴돌이 전류를 일으키고, 원판은 전력에 비례하는 빠르기로 돈다. 옆의 영구 자석이 브레이크 역할을 해서 빠르기가 제멋대로가 아니라 정확히 비례하게 된다. 그다음은 순수한 기계다: 회전은 계량기가 더하고, 명판에는 몇 바퀴가 1킬로와트시인지 적혀 있다. 계기는 안에 계산 소자가 하나도 없이 전력의 시간 적분을 구한다. 바로 그 점이 아름답다.
펄스 출력이 있는 전자식 전력량계
현대의 계기는 전압과 전류의 순시값을 초당 천 번 곱하고 그 결과를 적산해 바깥으로 펄스를 내보낸다: 보통 킬로와트시당 천 펄스이며, 이 숫자도 외함에 인쇄되어 있다. 이런 출력은 검정에도 스마트홈에도 편리하다 — 일 분 동안의 펄스만 세면 순시 전력을 알 수 있다. 게다가 전력량계는 원판이 못 하던 일도 해낸다: 에너지를 시간대별로 나누고, 부하 곡선을 기록하고, 검침값을 회선으로 보낸다.
클램프 미터, 전력계, 스톱워치
집 전체가 아니라 기기 한 대의 소비량이 필요할 때는 정의대로 한다: 전력을 재고 시간을 곱한다. 클램프는 전선을 자르지 않고 전류를 잡고, 전력계는 역률을 고려한다 — 그것이 없으면 펌프나 LED 전구의 결과가 부풀려진다 — 그다음에는 스톱워치만 있으면 된다. 이 방법은 부하가 일정한 기기에는 맞지만 주기적으로 도는 기기에는 맞지 않는다: 냉장고라면 하루 종일 지켜봐야 하니, 차라리 콘센트형 전력 측정기가 간단하다.
기준 전력량계가 있는 검정대
가정용 전력량계는 비교로 검정한다: 정격 전류의 몇 퍼센트에서 전부하까지 여러 전류에서 같은 에너지를 그것과 기준기에 흘리고, 단계마다 차이를 읽는다. 차이는 정확도 등급의 허용 오차, 보통 1에서 2퍼센트 안에 들어야 한다. 흥미롭게도 계기에게 가장 어려운 것은 가장 작은 전류다: 원판에 걸리는 회전력은 작은데 마찰은 여전히 남아 있다. 그래서 오래된 전력량계는 검침값을 부풀리기보다 대기 전력을 덜 세는 일이 더 많다.
05 · 표기 규칙
곱셈 점, 접두어, 대소문자분수가 아니라 점
조립 단위이므로 그 표기는 모두 부분들 사이의 곱셈 위에 서 있다. 접두어는 와트에만 붙고 시에는 붙지 않으며, 대소문자는 평소대로다: 접두어 「k」는 소문자, 와트는 대문자, 시는 소문자.
첫 번째 오류가 가장 흔하다: 분수 선이 곱을 몫으로 바꾸어 표기가 아무 뜻도 없게 된다. 두 번째와 다섯 번째는 에너지와 전력을 양쪽으로 뒤바꾼다 — 난로의 전력은 킬로와트로, 배터리의 저장량은 킬로와트시로 나타낸다. 세 번째는 시간을 아예 빠뜨려서 소비량 대신 전력이 나오는데, 그마저 말이 안 된다: 250킬로와트는 작은 공장의 수전 용량이다. 네 번째는 대소문자 규칙을 어긴다: 대문자 「K」는 켈빈, 대문자 「H」는 헨리를 뜻한다.
06 · 이웃 단위
줄 · 와트 · 암페어시킬로와트시에는 가까운 친척이 셋 있고, 바로 그것들과 혼동된다: 줄은 SI 단위로 나타낸 같은 양이고, 와트는 인수 중 하나이며, 암페어시는 겉모습은 비슷하지만 전하의 조립 단위다.
국제단위계의 에너지 단위. 1킬로와트시는 정확히 삼 점 육 메가줄을 담고 있으므로, 둘 사이의 오감은 정밀도를 잃지 않는 단순한 곱셈이다.
곱과 가장 자주 혼동되는 인수. 와트는 「얼마나 빨리」에, 킬로와트시는 「모두 합쳐 얼마나」에 답한다. 앞의 것은 기기 명판에 인쇄되어 있고, 뒤의 것은 고지서와 함께 온다.
같은 틀로 만들어져서 헷갈리기 쉽다: 세는 것은 에너지가 아니라 전하이며, 전압을 곱해야 비로소 와트시가 된다. 그래서 전압이 다른 두 배터리를 암페어시로 비교해 봐야 의미가 없다.
Simetrium 카드에는 줄, 와트, 암페어시, 석탄 환산 톤이 나란히 서 있다 — 에너지 고지서의 산수는 모두 이것들로 짜인다.
07 · 역사 부문
기록 보관소 · 1882 → 1889 → 1960 → 오늘전기를 파는 사람은 어떻게 단위를 발명했나
{title}
{text}
빨간 모양은 삼십육 분 동안 작동한 2킬로와트 전기 주전자이고, 파란 모양은 두 시간 사십 분 동안 작동한 450와트 펌프다. 넓이는 같고, 두 경우 모두 전력량계는 똑같이 1.2킬로와트시 늘어난 값을 보여 준다. 격자 한 칸은 1킬로와트시의 십분의 일이어서, 에너지가 설명문이 아니라 칸 안에서 곧바로 보인다. 바로 이 알기 쉬움이 한 세기 반 동안 이 단위를 일상 속에 붙잡아 두었다.
줄은 왜 끝내 이 단위를 대신하지 못했나
국제도량형위원회는 킬로와트시를 단위계에는 속하지 않지만 사용이 허용되는 단위로 꼽고, 그 이유를 있는 그대로 설명한다: 이 단위는 경제생활에 너무 깊이 뿌리를 내려 없앨 수 없다. 한 세기 반 동안 요금표, 계약, 국가 통계, 기술 문서가 이것을 토대로 삼아 왔다. 바꾸려면 어떤 계량상의 정돈보다도 비용이 더 들고, 누구에게도 득이 되지 않는다.
관성만의 문제도 아니다. 킬로와트시가 편리한 까닭은 바로 두 인수가 그 안에 보이기 때문이다: 배터리가 60킬로와트시라고 읽으면 운전자는 15킬로와트 부하에서 네 시간을 달릴 수 있다는 것을 곧바로 계산한다. 반면 216메가줄이라고 하면 아무것도 알 수 없다. 계산의 구조를 제 안에 간직한 단위가 형식적으로 더 가지런한 단위보다 사람에게 더 쓸모 있다.
계량학에도 이득이 있다. 시가 정확히 정의되어 있으므로 환산은 오차를 낳지 않고, 전력량계는 킬로와트시, 열공학은 메가줄로 하는 혼합 계산도 나머지 없이 맞아떨어진다. 이렇게 SI 접두어, SI의 와트, SI 밖의 시로 이루어진 가장 유명한 조립 단위는 평화롭게 살아간다: 단위계와 다투지 않고, 그저 쓰는 사람과 이야기할 때 더 다루기 쉬울 뿐이다.
목록 · 측정 단위
양마다 하나의 자료표
SI 기본단위 일곱, 고유한 이름을 가진 유도단위 스물둘, 그리고 그것 없이는 기술도 달력도 굴러가지 않는 계 밖의 양들.
에너지, 전력, 요금
열려 있는 자료면이 강조되어 있다SI 기본 단위
강조한 것은 킬로와트시를 이루는 단위집 안의 기기
카드가 계산한 에너지, 금액, 메가줄| 계기 | 일률 | 시간 | 1회당 | 월별 | 월별 MJ | 단가로 | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| {name} | {p} | {t} | {once} | {month} | {mj} | {cost} | {note} |
처음 세 열을 뺀 모든 열은 전력과 시간으로 계산했으며, 표는 흔히 뜻밖으로 여겨지는 사실을 분명히 보여 준다: 2킬로와트가 넘는 전기 주전자가 45와트 냉장고보다 한 달 소비가 적다. 앞의 것은 몇 분만 돌고 뒤의 것은 칠백삼십 시간 내내 돌기 때문이다. 단위가 말하는 것이 바로 이것이다: 중요한 것은 기기의 전력이 얼마나 큰가가 아니라, 「전력—시간」 평면에서 얼마만큼의 넓이를 덮는가이다.