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에너지 변환과 물레방아 이용
2021년 11월 24일(수) 11:51
에너지(energy)란 일을 할 수 있는 힘이나 능력, 물리량의 하나로 물체가 다른 물체에 대해 일을 할 수 있는 능력을 말하며, 에너지에는 역학적 에너지 · 열에너지 · 전기 에너지 · 화학 에너지 · 복사 에너지 · 원자 에너지 · 소리 에너지 · 빛에너지 등이 있다.
에너지 변환(變換)이란 천연자원에서 얻을 수 있는 에너지를 인간의 산업 활동 및 생활에 이용하기 편리한 형태의 에너지로 변환(바꾸는)하는 일을 말하며 지구상에 있는 모든 에너지는 태양에서 온 빛에너지가 변환된 것이라 한다.
운동에너지는 흐르는 물이 지닌 것과 같은 에너지를 말하며 일의 단위로서 표시되며 역학적 에너지, 열에너지, 전기에너지, 원자 에너지 등이 있으며 서로 변환된다.
높은 곳에 있는 물이 낮은 곳으로 떨어질(흐를) 때는 에너지가 발생한다. 이것이 위치 에너지며 이것을 이용해 수차가 돌게 해 발전하는 것이 수력발전이며 위치 에너지를 전기에너지로 바꾼 것이다.
전기에너지는 다시 운동에너지 빛에너지 소리 에너지 열에너지로 변환돼 우리 생활에 이용되며 인류문명의 발달은 에너지 변환의 이용에서 발단됐다. 흐르는 물에 수차 바퀴를 달아 그 힘으로 방아를 찧는 방앗간을 물레방앗간이라 했으며 지금도 물레방앗간이 있다. 물레방아는 움직이는 환경조성에 이용하고 있는데 다방이나 음식점의 환경조성과 관공서나 학교의 실외 환경조성에 이용하고 있다. 광주에서는 북구청이 실외에 물레방아를 설치했고 수창초교가 물레방아를 설치했으며 문화전당 앞 민속촌 음식점에도 물레방아가 설치돼 움직이는 환경으로 한몫을 하고 있다. 환경은 정적인 환경과 동적인 환경이 있는데 동적인 환경은 살아 움직이는 환경이다.
오늘날 모든 전기는 발전소에서 발전기를 돌려 전기를 생산 이용했는데 태양으로부터 온 빛에너지를 발전기 없이 간편하게 전기에너지로 바꾸는 것이 태양광 모듈이며 이것으로 태양광발전을 하고 있다. 전기가 없는 곳에서는 태양광발전시설을 하고 거기에서 생긴 전기를 이용하면 되는 편리한 세상이 됐다.
실외 물레방아를 설치하려면 물이 흘러야 하는 데 흐르는 자연수를 이용할 수 있으면 좋으나 그렇지 못한 곳에서는 연못을 만들어 물을 채워 그 물을 수중 모터가 품어 올려 물레방아가 돌게 하면 된다. 여기에서 물레방아의 축에 발전기를 달면 전기가 발생하고 이것을 베터리에 저장하면 전기에너지로 다시 이용할 수 있다.
학교 교육이 기초 과학교육에 충실해야 하며 교육환경에 에너지 변환의 모텔인 물레방아를 설치해 움직이는 환경을 조성하는 것도 바람직하다고 본다. 그것을 보고 학생들이 무관심으로 보는 것이 아니라 에너지 변환에 대한 호기심을 일으키게 되기 때문이다.
오늘날 우리 생활은 전기에너지 이용시대인데 그 전기가 어떻게 발생해 변환되는가에 관심을 두게 하며 그 지역 주민과 학생과 고객이 동적인 환경에서 느끼는 감정이 창의적이고 정서적이다. 그러므로 환경조성은 창의력을 발휘해 동적인 환경으로 바꿨으면 한다.
필자는 고향 무안군 몽탄면 산소 진입로 가에 고지대에서 흐르는 물을 저지대로 350m까지 파이프로 유입해 저지대로 흐르게 했으며 거기에서 나온 물로 물레방아를 돌게 하고 있다. 이것은 자연환경에서 오는 위치 에너지를 이용한 것인데, 이것은 위치 에너지 변환 이용의 착상에서 위치 에너지를 이용한 것이다.
그러나 이러한 자연조건이 없는 곳에서 물레방아를 설치하려면 태양광발전설비를 하고 거기에 발생한 전기에너지로 수중 모터를 돌려 물의 위치 에너지를 만들어 물레방아가 돌게 하면 된다.
‘뜻이 있는 곳에 길이 열린다’라고 했다. 무엇을 하고 싶다는 꿈이 생기면 그것을 이룰 수 있는 길이 열린다. 움직이는 환경으로 물레방아를 설치하고 싶다면 할 수 있는 길이 열린다.
필자는 물레방아를 전문적으로 만들어 파는 공장이 담양군 무정면 면사무소 부근에 있음을 알고 답사했다. 하나의 물레방아를 만드는 것보다는 공장에서 장인이 전문적으로 저렴하게 만든 물레방아를 크기 용도에 따라 정해 사서 설치하면 된다. 에너지 변환의 원리를 알고 주변 환경을 움직이는 동적인 환경으로 바꾸었으면 한다.
/정기연 주필
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