직류회로 - 소방전기

1. 물질의 구조

 ▣ 물질의 가장 작은 단위로 원자이다. 물질의 성질을 유지하는 최소단위가 분자이다.

     분자는 다시 원자로 나뉘어 지는데 원자는 물질의 성질과는 달라지고 가장 작은 물질의

     단위이다. 원자는 원자핵과 전자로 구성되는데 원자핵은 다시 양성자와 중성자로 구성

     된다. 중성자는 전기적 성질을 띠지 않는다.

 

가. 원자

  ① 원자는 중심에 원자핵(양성자+, 중성자로 구성)이 있고 그 주위에 일정한 궤도를 갖는 전자로 구성되어 있다.

  ② 원자핵의 양전기량과 전자의 음전기량은 같아서 원자는 전기적으로 중성을 띤다.

    ※ 물질의 양

 

나. 분자

  ▣ 물질의 성질을 가진 최소단위이다. 분자는 서로 다른 종류 또는 같은 종류의 원자가 결합하여 분자를 구성한다.

 

2. 전기의 발생

가. 자유전자의 이동

  ▣ 원자는 전기적으로 중성이다. 원자핵의 (+)전하량과 전자의 (-)전하량이 같기 때문이다. 그런데 외부의

       영향으로 빛이나 열 등의 영향으로 전자중 최외각 전자가 이동하게 하게 되는데 이를 자유 전자라고 하고

       한쪽 원자에서 다른 원자로 이동하게 되는데 이 때 전하량의 불평형이 생기는데 이와같은 현상으로

       전기가 발생하게 된다.

 

  ① 중성인 원자에 외부 열, 전기에너지가 가해지면 전자는 원자 궤도 밖으로 이탈한다.

  ② 전자가 이탈한 원자는 (-)가 줄어 전기적으로 (+)가 되고, 이탈한 전자는 다른 원자에 붙어 (-)가 늘어

       전기적으로 (-)가 된다.

  ③ 전기적으로 (+), (-)의 에너지를 가진 것을 전하(electric charge)라고 한다.

  ④ 양성자는 양전하(+)를 더 가졌고, 전자는 음전하(-)를 더 가졌다.

​

나. 전기력 (쿨룽의 힘)

  ▣ 두 전하 사이에 작용하는 힘

 

  ① 같은 전하 사이 : 반발력 (척력)

  ② 다른 전하 사이 : 흡인력 (인력)

​

다. 전하량 (전기량), Q

  ① 단위 : 쿨룽 (Coulomb : [C] )

  ② 양성자, 전자의 전하량

     1[C] = 6.24 × 10^18 e (e : 기본 전하량)

     1[C]은 6.24 × 10^18 개의 전자가 이동해서 만든 전기량

​

3. 전류, 전압, 기전력, 저항

  ▣ 전기는 물과 비교하면 이해하기 쉽다. 전지는 물탱크로 물의 흐름은 전류, 수압은 전압 수관은 전선으로 비교하면

       개념을 이해하기 쉽다.

 

전기	물	의 미
전압	수압	흐르게 하는 압력
전위	수위	높이
전류	수량	흐르게 되는 양
기전력, 전원전압	양수 펌프	흐르도록 하는 능력

가. 전류 (electric current)

  ① 정의 : 전선 속에서 전위차에 의해 매초 동안 흐르는 전기의 양

                 기호 I, 단위 [A] (암페어)

      따라서 1초 동안에 1[C]의 전기량이 이동하였다면 전류의 세기는 1[A]가 된다.

  ② 전류의 방향 : 전자의 이동과 반대방향으로 (+)에서 (-)로 흐른다.

 

나. 전압 (Voltage)

  ① 정의 : 두 지점(전극)간의 전기적인 위치에너지 차이 (전위차)

                 기호 V, 단위 [V] (볼트)

  ② 크기

    ㉠ 1[V]는 단위전하 1[C]이 두 점 사이에서 이동하였을 때에 하는 일의 양이 1[J]일 때의 전위차이다.

    ㉡ 어떤 도체에 Q[C]의 전기량이 이동하여 W[J]의 일을 하였다면 이 때의 전압 [V]은 다음과 같다.​

다. 기전력 (electromotive force)

  ① 정의 : 전원, 즉, 전류를 연속적으로 흐르게 하는 원동력

                 기호 E, 단위 [V] (볼트)

  ② 크기​

라. 저항

  ① 정의 : 전류의 흐름을 방해하는 모든 성분

                 기호 R, 단위 : [Ω] (옴)​

     여기서, R : 저항[Ω], l : 길이 [m], A : 단면적 [㎡], ρ : 고유저항 [Ω·m]

​

【 출제 예상 문제 】

1. 대전에 의해서 물체가 가지는 전기 또는 전기량을 무엇이라 하는가 ? ②

   ① 전압          ② 전하            ③ 전류             ④ 저항

[해설] 전하 : 대전에 의해서 물체가 띠고 있는 전기

​

2. 다음 설명중 옳지 않은 것은 ? ②

   ① 양전하를 가진 물질은 음전하를 가진 물질 보다 전위가 높다.

   ② 전류의 흐름방향은 전자의 이동방향과 같다.

   ③ 전위차를 갖는 대전체에 도체를 연결하면 전류가 흐른다.

   ④ 전위차가 클수록 전류가 흐르기 쉽다.

[해설] 전류의 특성 : 전류는 전자의 이동과 반대방향인 (+)에서 (-)로 흐르고, 전자는 음극 (-)에서 양극(+)으로 흐른다.

​

3. 전자의 전기량[C]은 ? ③

4. 10[A]의 전류가 5분간 도선에 흘렸을 때 도선 단면을 지나는 전기량은 몇 [C]인가 ?

    ① 3,000[C]              ② 50[C]                ③ 2 [C]                  ④ 0.033 [C]

[해설] 전기량[Q] = Ⅰ· t = 10 × 300 = 3,000 [C]

​

5. 기전력 1[V]의 정의는 ? ①

   ① 1[C]의 전기량이 이동할 때 1[J]의 일을 하는 두 점간의 전위차

   ② 1[A]의 전류가 이동할 때 1[J]의 일을 하는 두 점간의 전위차

   ③ 2[C]의 전기량이 이동할 때 1[J]의 일을 하는 두 점간의 전위차

   ④ 2[A]의 전류가 이동할 때 1[J]의 일을 하는 두 점간의 전위차

[해설] V = W/Q [V], 여기서 V : 전압[V], W : 일[J]

​

6. 1[㎲] 동안에 1010 개의 전자가 이동할 때 흐르는 전류는 약 몇 [A]인가 ? ②

  ① 1.6 × 10^-6         ② 1.6 × 10-3             ③ 1.6             ④ 16

[해설]​

7. 다음중 [C/sec]와 같은 단위는 ? ③

    ① J             ② V              ③ A               ④ W

[해설] 전기량 Q = It 에서 I =Q[C] / t [sec] [A] ∴ 1[A] = 1 [C] / sec

​

8. 도체의 단면에 150[C]의 전하가 1분 동안 통과하였다면 이 도체에 흐른 전류의 크기는 몇 [A]인가 ?

   ① 2.5 [A]           ② 5.0 [A]             ③ 4,500 [A]             ④ 9,000 [A]

[해설] 전류 I = Q / t = 150 / 60 = 2.5 [A]

​

9. 10 [V]의 기전력으로 50 [C]의 전기량이 이동할 때 한 일은 몇 [J]인가 ? ③

   ① 250             ② 400                    ③ 500                  ④ 600

[해설] 1[V]는 1[C]이 흐를 때 1[J]의 일을 할 수 있게 하는 전압이므로

           W = V × C = 50 × 10 = 500 [J]