4 와트시에서 전자볼트(으)로 변환

와트시(Wh)에 대하여

와트시는 1 와트의 일률이 한 시간 동안 흐를 때 건네지는 에너지, 곧 정확히 3600 줄에 해당하는 단위입니다. 기호는 Wh 입니다. 킬로와트시의 잔돈에 해당하며, 에너지의 양이 천 단위로 말하기에는 작은 자리에서 쓰입니다.

주된 텃밭은 전지입니다. 노트북, 전화기, 전동 공구, 휴대용 스피커의 용량은 와트시로 적히고, 기기끼리 견줄 때 뜻을 지니는 것은 이 값입니다. 보통 셀에 인쇄된 두 숫자를 곱한 것이기 때문입니다. 3.7 볼트에 3000 밀리암페어시라고 적힌 전지는 약 11 와트시를 담고 있으며, 암페어시 값만으로는 전압 없이 아무 뜻이 없습니다.

항공 규정이 이 단위를 뜻밖에 널리 알렸습니다. 100 와트시를 넘는 리튬 전지는 항공사의 승인 없이 기내 수하물로 가져갈 수 없고, 160 와트시를 넘으면 여객기에서 아예 금지됩니다. 노트북과 사진기의 전지에 이 값이 인쇄되어 있는 까닭도, 보조 배터리가 문턱값 바로 아래에 오도록 설계되는 까닭도 여기 있습니다.

작은 규모의 발전도 이 단위를 씁니다. 정원등의 태양전지, 주변에서 전력을 거두는 감지기, 자전거 발전기는 킬로와트시가 아니라 하루당 와트시를 만들어 냅니다. 전지 하나로 여러 해를 버티도록 만든 저전력 전자 회로는 밀리와트시로 셈합니다.

이 단위는 킬로와트시가 받는 것과 같은 비판을 함께 받습니다. 국제단위계의 정합적인 일률 단위를 국제단위계 밖의 시간 단위와 엮었기 때문입니다. 엄격히 국제단위계로 말하면 옳은 표현은 3600 줄, 곧 3.6 킬로줄이며 과학 글은 줄을 씁니다. 그 밖의 자리에서는 기기의 정격과 이어지는 실용적인 고리가 이깁니다.

에너지 저장 설비는 가정용 전지부터 계통 규모의 설비까지 같은 출발점에서 킬로와트시와 메가와트시로 층을 올라가므로, 이 무리 전체가 하나의 셈법을 함께 씁니다.

여기서 흔한 헷갈림을 풀어 두는 것이 좋겠습니다. 전지 낱칸은 보통 암페어시나 밀리암페어시로 적히는데, 이는 전하를 재는 것이지 에너지가 아닙니다. 암페어시가 같은 두 낱칸이라도 전압이 다르면 담는 양이 꽤 다릅니다. 암페어시에 공칭 전압을 곱하면 와트시가 나옵니다. 3.85 볼트인 3000 밀리암페어시 전화 낱칸은 약 11.6 와트시를 지닙니다. 기기끼리의 들이 견줌이 와트시로만 뜻을 갖는 까닭이며, 항공사가 한도를 와트시로 정하는 까닭이고, 밀리암페어시로 선전하는 보조 전원이 제 변환 잃음을 세면 그 값만큼 내주지 못하는 까닭입니다.

1 와트시는 3600 줄, 0.001 킬로와트시, 약 0.86 킬로칼로리와 같습니다.

전자볼트(eV)에 대하여

전자볼트는 1 볼트의 전위차를 지나는 전자 하나에 이루어지는 일에 해당하는 에너지 단위입니다. 기호는 eV 입니다. 2019 년 국제단위계 재정의 뒤로 그 값은 정확히 1.602176634 곱하기 10 의 마이너스 19 제곱 줄로 정해졌습니다. 기본 전하 자체가 이제 정의된 상수이기 때문입니다.

이 단위가 있는 까닭은 원자의 세계에 줄이 가망 없이 크기 때문입니다. 눈에 보이는 빛의 광자 하나가 나르는 것은 약 1.6 에서 3.3 전자볼트이며, 이를 줄로 쓰면 앞에 열아홉 개의 영이 늘어섭니다. 전자볼트로 다루면 화학 결합의 에너지도, 원자의 전이도, 소립자의 충돌도 1 에서 몇까지의 숫자로 말할 수 있습니다. 단위에 바라는 바가 바로 이것입니다.

이 눈금은 여러 분야를 통째로 정리합니다. 화학은 몇 전자볼트에 살며, 그것은 결합의 에너지이자 그 결합을 끊는 가시광과 자외선 광자의 에너지입니다. 엑스선은 킬로전자볼트를 차지합니다. 원자핵 물리는 메가전자볼트에서 일하며, 이는 결합 에너지와 방사성 붕괴의 눈금입니다. 입자 물리는 기가전자볼트를 쓰는데, 거기서 양성자의 정지 질량은 0.938 입니다. 대형 강입자 충돌기에서는 테라전자볼트를 쓰며, 그 양성자는 하나에 6.8 을 지닙니다.

질량도 질량과 에너지의 관계를 통해 같은 단위로 적힙니다. 입자의 정지 질량은 전자볼트를 빛 속력의 제곱으로 나눈 꼴로 주어지지만, 물리학자들은 보통 그 나눗수를 빼고 전자는 511 킬로전자볼트라고 말해 버립니다. 같은 약속에 따라 힉스 보손은 125 기가전자볼트입니다.

반도체 공학은 이 단위에 기대고 있습니다. 어떤 물질이 전기와 빛에 대해 어떻게 굴지를 정하는 띠틈은 전자볼트로 나타낸 에너지입니다. 규소는 약 1.1, 질화갈륨은 3.4 이며, 이 하나의 숫자가 그 소자가 태양전지가 될지, 트랜지스터가 될지, 파란빛 발광 다이오드가 될지를 정합니다.

천문학은 에너지가 높은 광자에 대해 이 약속을 물려받았습니다. 그래서 감마선 망원경은 관측 결과를 파장이 아니라 기가전자볼트와 테라전자볼트로 알립니다.

입자 가속기는 이르는 에너지를 따라 이름이 붙으며, 그래서 그 이름이 접두어를 좇습니다. 1932 년에 처음으로 원자핵을 쪼갠 콕크로프트와 월턴의 장치는 몇백 킬로전자볼트로 일했습니다. 1950 년대의 베바트론은 십억 자리에 이르러 반양성자를 찾아냈습니다. 그리고 대형 강입자 충돌기는 양성자를 저마다 6.8 테라전자볼트까지 끌어올립니다. 우주선은 이 모두를 견주게 합니다. 10 의 스무 제곱 전자볼트에 이르는 에너지로 날아들어, 어떤 장치가 만들 수 있는 양의 몇천만 곱절이기 때문입니다. 다만 그런 알갱이는 1 제곱킬로미터마다 한 세기에 겨우 몇 개만 지구에 닿습니다.

1 전자볼트는 약 1.602 곱하기 10 의 마이너스 19 제곱 줄, 약 3.83 곱하기 10 의 마이너스 20 제곱 칼로리와 같습니다.