아낌없이 주는 나무

2. 전류에 의한 자계의 발생

아래 그림과 같이 안쪽에서 앞으로 향하는 도체에 전류를 흘리면 전류를 중심으로 반시계 방향의 동심원 모양의 자계가

발생한다. 이 때 자속의 회전방향은 「오른나사의 법칙」에 따른다. 나사 끝을 향해 전류가 흐른다고 할 때 오른 나사를

잠그는 방향으로 #자계 가 발생한다.

3. 서로 같은 방향으로 전류가 흐르고 있는 나란한 두 도선 사이에는 어떤 힘이작용하는가 ? ②

  ① 서로 미는 힘          ② 서로 당기는 힘         ③ 하나는 밀고, 하나는 당기는 힘         ④ 회전하는 힘

[해설] 전류가 같은 방향 : 흡인력(당기는 힘), 전류가 다른 방향 : 반발력(미는 힘)

​

4. 자장과 전류 사이에 작용하는 전자력의 방향을 결정하는 법칙은 ? ②

   ① #플레밍 의 오른 손 법칙                     ② 플레밍의 왼손 법칙

   ③ 렌츠의 법칙                                        ④ #페러데이 의 전자유도 법칙

[해설] 플레밍의 왼손법칙 : 자장과 전류 사이에 작용하는 전자력의 방향을 결정하는 법칙

            ※ 오발 : 오른손 발전기, 왼손 : 전동기

​

5. 플레밍의 왼손법칙에서 중지의 방향은 무엇의 방향인가 ? ③

   ① 힘            ② 자력선              ③ 전류                     ④ 속도

[해설] 플레밍의 왼손 법칙 : 엄지- 힘의 방향, 검지 - 자계방향, 중지 - 전류방향

​

6. #자속밀도 0.8[Wb/㎡]인 평등자계내에 자계의 방향과 30°의 방향으로 놓여진 길이 10[㎝]의 도선에 5[A]의 전류가

    통할 때 도체가 받는 힘 [N]은 ? ①

   ① 0.2                   ② 0.4                   ③ 2                       ④ 4

[정답] 직선전류에 작용하는 힘 F = BIℓ sinθ = 0.8×5×0.1×sinθ = 0.2 [N]

​

7. 자극의 세기가 8×10-6[Wb], 길이가 50[㎝] 인 막대자석을 150[AT/m]의 평등자계내에 자계와 30°의 각도로 놓았다면

    자석이 받는 #회전력 [N·m]은 ? ②

1. #전류 의 자기 작용

▣ 전류의 자기 작용

 ⊙ 전류가 흐르고 있는 직선 도체 부근에 자침을 가까이 하면 자침은 일정한 방향으로 회전을 하고, 전류의 방향을

      바꾸면 자침의 회전방향은 반전된다. 이와 같이 자침의 자극에 힘이 미치게 하는 원천은 또 다른 자계가 있기

      때문으로 전류가 흐르는 도체 주위에 동심원 형태의 자계가 형성되는데 이를 전류의 자기작용이라 한다.

​

2. 앙페르의 오른 나사 법칙

 ▣ 직선 도체에 전류가 흐르면 도체 주위에 자계가 형성되는데 도체에 수직인 평면상에서 오른나사가 진행하는 방향으로

      전류가 흐를 때 나사를 돌리는 방향으로 동심원의 자계가 발생한다. 즉, 전류에 자계방향의 관계를 나타낸 법을

      앙페르의 오른 나사 법칙 (Ampere's right handed screw rule)이라 한다.

2. 전류에 의한 자계의 세기

가. 비오 - 사바르의 법칙

  ▣ 전선에 전류 I[A]를 흘렸을 때 미소부분 dl[m]에서 r[m] 떨어진 P점의 미소자계의 세기 dH[AT/m]를 정의하는 법칙

           여기서, △H : P점의 미소자계의 세기 [AT/m], I : 도체의 전류 [A]

                        △ℓ : 도체의 미소부분[m], r : 거리 [m]

                        θ : △ℓ과 점 P를 연결하는 방향이 △ℓ과 이루는 각 [rad]

▣ 도선 주위의 자기장을 구하는 법칙으로 도선에 전류 I가 흐를 때, 미소 전류 Idℓ에서 r[m] 떨어진 P점에서의

      미소자계의 세기

나. 자계 내에서 전류가 흐르는 도체가 받는 힘

  ▣ 전자력 : 자계 내에 전류가 흐르는 도체가 있을 경우, 도체가 받는 힘 (전동기의 동작원리)

  ▣ N극과 S극이 만드는 자계와 전류에 의한 자계의 상호 작용에 의해 자계의 합성이이루어지고, 전류가 흐르는 도선은

       힘을 받게 됨 (도선 아래의 자속밀도가 위쪽에 비해 높으므로)

    ※ 도체에서 형성되는 자기장이 자석에서 나오는 자기장이 상호작용을 해서 위쪽은 서로 상쇄되어 자기장이 약하고

        아래쪽은 더해져 자기장이 강하게 된다.

  ▣ 이 때 힘의 크기는 전류 I, 도선의 길이 ℓ, 자속밀도 B에 비례하며, 전류의 방향과 자계의 방향이 형성하는 각도를

       θ라고 하면 힘의 크기는 다음과 같이 구할 수 있다.

나. 원형 코일 중심의 자계

  ▣ 철가루를 뿌렸을 때의 모양 : 원형 도선의 각 부분을 작은 직선 도선으로 생각했을 때 각 직선도선의 자기력선이

       합해진 모양으로 도선 중심에서는 일직선이 된다.

  ▣ 자기장의 방향 : 원형 도선의 중심에서 자기장의 방향은 오른손 네 손가락을 전류의 방향으로 감아쥘 때

                                 엄지손가락이 가리키는 방향이 된다.

  ▣ 원형 도선 중심에서 자기장의 세기 : 도선에 흐르는 전류의 세기에 비례하고 도선의 반지름에 반비례한다.

다. 암페르의 주회적분 법칙

  ▣ 암페어의 오른손 법칙을 이용하여 전류분포가 대칭적일 경우 전류에 위한 자계를 구하는 법칙

  ▣ 폐곡선 C에 대한 자계 H의 선적분은 이 폐곡선과 쇄교하는 전류의 합과 같다.

      (도체 C에 흐르는 전류에 의해 생성되는 자계 H의 총합은 도체에 흐르는 전류의 총합과 같다.)

  ▣ 코일 1턴(Turn)의 경우

  ▣ 무한장 직선 도체에 흐르는 전류에 의한 자계의 크기는 전류에 비례하고 직선 도체와의 거리에 반비례한다.

  ▣ 원주형 도체의 내부에 전류 분포가 균일한 경우 도체 반지름이 a이라고 하면 a = r 일 때 자계의 세기가 가장 크다.

【 출제 예상 문제】

​

1. 전류에 의한 자계의 세기를 구하는 법칙은 ? ③

  ① #쿨룽 의 법칙        ② #페러데이 의 법칙            ③ 비오-사바르의 법칙         ④ #렌츠 의 법칙

[해설] 비오-사바르의 법칙 : 전류에 의해 발생되는 자기장의 크기 (전류에 의한 자계의 세기)

​

2. 전류의 자기작용에서 전류에 의한 자계의 방향을 결정하는 법칙은 ? ①

  ① #앙페르 의 오른 나사 법칙                 ② 플레밍의 오른손 법칙

  ③ #플레밍 의 왼손 법칙                         ④ 페러데이법칙

[해설] 앙페르의 오른 나사 법칙 : 전류에 의한 자계의 방향을 결정하는 방식

​

3. 코일의 권수가 1.250회인 공심 환상솔레노이드의 평균길이가 50[㎝]이며, 단면적이 20[㎠]이고,

     코일에 흐르는 전류가 1[A]일 때 솔레노이드의 내부자속은 몇 [Wb]인가 ? ​

4. ㎝ 당 권수가 100인 무한장 솔레노이드에 2[㎃]의 전류가 흐른다면 #솔레노이드 내부의 자계의 세기[AT/m]는 ? ③

   ① 0                    ② 10                   ③ 20                          ④ 50

[해설] 무한장 솔레노이드에 의한 자계

           H = nI =100 × 100 × 0.002 = 20 [AT/m]

​

5. 반지름 5[㎝], 권수 200회인 원형 코일에 2[A]의 전류를 흘릴 때 코일 중심의 #자기장 의 세기 [AT/m]는 ? ④

    ① 200                    ② 400                           ③ 2,000                             ④ 4,000

[해설] 원형 코일 중심에서의 자계의 세기​

6. 무한장 직선도체에 1[A]의 전류가 흐른다. 이 때 생기는 자계의 세기가 0.2[AT/m]인 점은 도체에서 몇 [m] 떨어진

     점인가 ? ②

   ① 5/π                   ② 5/2π                 ③ 5π                       ④ 10π

[해설] 무한장 #직선도체 의 #자계 의 세기​

7. 공기중에 100[A]의 전류가 흐르는 도체와 직선거리로 0.5[m] 떨어진 곳에서의 자기장의 세기는 약 몇 [AT/m]인가 ? ①

          ① 31.8                  ② 25                  ③ 50                   ④ 63.7

[해설] #비오-사바르 의 법칙

8. 반지름이 1[m]인 #원형코일 에서 중심점에서 자계의 세기가 1[AT/m]라면 흐르는 전류는 몇 [A]인가 ? ②

   ① 1[A]                ② 2[A]                     ③ 3[A]                          ④ 4[A]

[해설] 원형코일 중심에서의 자계의 세기​

1. 자기장

가. #자석

▣ 철광(주성분 FeO)은 철이나 니켈 등을 끌어들이는 성질을 가지고 있는데, 이러한 성질을 자성이라 하며,

     이 작용을 자기(mag-netism)라고 한다. 자성을 가진 물체를 자석 (magnet)이라 하고, 자석의 양 끝을

     자극(magnetic pole)이라고 한다. 자석에는 N극과 S극이 있는데, 이들이 단독으로는 존재하지 못한다.

     이 두 개의 자극 사이에는 전기의 +, - 극과 마찬가지로 그림 I-23과 같은 성질이 있다.

  ⊙ 같은 자극(N과 N, S와 S)끼리는 서로 반반력이 작용한다.

  ⊙ 다른 자극(N과 S) 끼리는 서로 반발력이 작용한다.

▣ 이 때, 작용하는 힘을 자기력이라 한다. 또한 그림 I-24와 같이 자기력이 작용하는 공간을 자기장(magnetic field) 또는

     자장이라고 한다. 자기력이 N극에서 나와 S극으로 들어가는 선을 자기력선이라 한다

나. 자기장

▣ 자기력이 작용하는 자석 주위의 공간을 자기장이라고 한다. 자기장 안의 여러 장소에 나침반을 놓아 보면

     장소에 따라 자침이 가리키는 방향이 달라진다. 이때, 자침의 N극이 가리키는 방향을 그 점에서의 자기장의

     방향이라고 한다. 또, 자기장 안의 어떤 점에서 표준이 되는 작은 자침의 N극이 받는 힘의 크기를 그 점에서의

     자기장의 세기라고 한다. 자기장의 세기는 자극의 세기에 비례하며, 자극에서 멀어질수록 작아진다.

     자기장의 방향을 따라 연속적으로 이어 놓은 선을 자기력선이라고 하며 철가루가 늘어선 모양과 같다. 자기력선은

     N극에서 나와 S극으로 들어가며, 도중에서 끊어지거나 다른 자기력선과 만나지 않는다.

2. 쿨룽의 법칙 (Coulomb)

▣ 두 자극 사이에 작용하는 힘의 크기(F)는 두 자극의 세기의 곱에 비례하고, 두 자극 사이의 거리(r)의 제곱에 반비례한다.

▣ 자석이 가지고 있는 자기량을 자하(magnetic charge)라 하며, 단 위로는 웨버[weber : Wb]를 사용한다.두 개의 자극

     사이에 작용하는 힘의 방향은 그림과 같이 자극이 서로 다를 때에는 흡인력이, 같을 때에는 반발력이 발생한다.

     이 때, 자하 사이에 작용하는 힘의 크기를 나타낸 것을 자기에 관한 쿨롱의 법칙(Coulomb's law)이라 하며,

     힘은 두 자하의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다.

▣ m[Wb]의 자극에서 r[m] 떨어진 점 P에서의 자계의 세기 H[AT/m]은 다음과 같이구할 수 있다.​

                여기서, F : 힘[N], m : 자극의 세기[Wb], H : 자계의 세기 [AT/m]

​

5. #자위

  ▣ 자계가 전혀 없는 무한히 먼 장소에서 그 곳까지 도중의 자계에 의한 힘에 저항하여 1[Wb]의 정자극을 운반하는데

       필요한 일

  ▣ 자위 (Magnetic potential) : 정상 자계내의 단위 정자극 m(+1[Wb])을 무한 원점에서 임의의 한 점(P점)까지 운반할 때

                                                  소요되는 일 [J/Wb]

              여기서, Um : P점에서의 자위 [AT], μ : 투자율[H/m] (μ = μo· μs), μs : 비투자율, m : 자극의 세기[Wb], r : 거리 [m]

​

6. 자기력선 (Line of magnetic force)

  ▣ 자석에서 발생되는 자계의 세기와 방향을 가상적인 선으로 나타낸 것

8. 자기 #쌍극자 #모멘트

  ▣ 자극의 세기 m[Wb]와 자석의 길이 l[m]와의 곱을 자기쌍극자모멘트(Magnetic dipole moment)라고 한다.

    ⊙ M = mℓ [Wb·m]

    여기서, M : 자기쌍극자모멘트[Wb·m], m : 자극의 세기 [Wb], ℓ : 자석의 길이[m]

​

【 정자계 용어 해설】

가. 자기장 (Magnetic field)

▣ Field(장)란 공간을 의미한다. 자기장이란 자석이 있을 때 이 자석의 힘이 미치는 공간을 말한다. 자석의 힘은 눈에

     보이지 않아 그 힘을 쉽게 알 수 없지만 자석 주위에 철가루를 뿌려 보면 자석의 힘이 미치는 공간을 추정해 볼 수 있다.

▣ 자기장은 위 그림의 화살표 처럼 N극에서 나와 S극으로 들어가며 양 극 부분에는 자기장의 세기가 크다.

    하지만 사실 자기장은 자석이 생김과 동시에 형성되는 것으로 이것이 어디에서 나와 어디로 들어 가는 것은 아니다.

    막대자석 주위에 철가루를 뿌려 보면 알 수 있듯이 자기장의 형태에 따라 철가루가 배치되는 모습을 보이지만

    자기장이 화살표를 가지고 흐르는 것도 아니므로 실제 자기장의 이동 방향은 알 수 없다.

▣ 사실 자기장의 방향은 아주 오래전에 그렇게 정해졌고 그 방향을 기준으로 모든 법칙이나 원리가 적용되기 때문에

    대부분의 서적이나 자료들에는 그렇게 표기하고 있다.

▣ 결론적으로 자기장의 방향을 정해놓으면 그것과 관련된 다른 원리들을 정의내리기 보다 용이하기 때문에 그렇게 하는

     것이다.

▣ 실제 자기장의 형태는 N극이나 S극 부터 시작되는 것이 아니라 자석 내부를 거치는 폐루프(Close Loop) 형태로 이루어

     진 것이다.

라. 자속밀도 (Magnetic Flux Density)

자속밀도는 자속을 이해하면 좀 더 쉽게 이해할 수 있다. 자속밀도(Magnetic Flux Density)는 자속의 밀도 즉, 자속의

촘촘함의 정도를 말한다. 자속(Magnetic Flux)의 밀도이기 때문에 자기장의 세기와 혼동하면 안된다. 자기장의 세기는

자석이 뿜어내고 있는 전체적인 자기력선의 세기를 의미하고 자속은 그 많은 자기력선 중 어떤 물질의 단면적을 통과하기

위해서 물질 내부로 들어 온 자기력선의 수만을 의미한다.

자속밀도는 이렇게 물질내로 들어온 자기력선의 수를 단위 면적(㎡)으로 나눈 값이며 기호는 B를 쓴다. 자속밀도와

자속과의 관계는 앞서 설명한 ф=BA라는 수식을 그대로 사용하면 되고 B를 기준으로 정리하면 자속밀도 B=ф/A가 된다.

물론 자기장이 각도를 가지고 해당 물질을 통과하면 이 때의 자속밀도는 ф=BAcosθ의 수식이 적용된다.

자속밀도는 때론 자기장의 세기를 나타내는 값으로도 사용되기도 하지만 보통 B Field(자속밀도)나 H Field(자기장의 세기)

등으로 표현하기도 한다. 자속밀도의 단위는 #테슬라 (τ) 이다. 그렇다. 기호는 테슬라이다. 테슬라라는 것은 현재 엘론

머스크가 운영하고 있는 전기자동차 회사의 이름이다. 사실 테슬라는 니콜라 테슬라라는 사람의 이름에서 따온 것으로

테슬라는 유도 전동기(Induction Motor)를 고안해 낸 아주 유명한 전기분야 과학자이다.

5. #진공 중의 자계 10[AT/m]인 점은 5×10-3 [Wb]의 #자극 을 놓으면 그 자극에 작용하는 힘[N]은 ? ①​​

6. 비투자율이 160인 철심을 사용한 환상솔레노이드에서 철심 속의 자계의 세기가 80[AT/m] 일 때 철심 속의 자속밀도는

    약 몇 [Wb/㎡]인가 ? ②

    ① 0.008           ② 0.016                 ③ 0.032                  ④ 0.064

[해설] #자속밀도 B = μH = μoμsH = (4π × 10-7)×160×80 ≒0.016[Wb/㎡]

1. 전계의 세기

가. #쿨룽 의 법칙 (Coulomb's Law)

  ▣ 정지해 있는 두 개의 점전하 사이에 작용하는 힘에 관한 물리법칙을 말한다.

       프랑스 물리학자 쿨룽(C. Coulomb, 1736~1806)에 의해 1784년 처음 발표되었으며 전자기학 이론의 발전에

       빠질 수 없는 중요한 기본법칙이다.

  ▣ 두 점전하가 r만큼 떨어져 있을 때 발생하는 쿨룽의 법칙에 의한 힘은 다음과 같다.

나. #전계 와 #전기력선

 ① 전기력선

  ▣ 전기력선은 전하 주위의 전기장을 시각적으로 나타낸 것입니다.

       점전하의 경우에는 전하를 중심으로 퍼져 나가는 형태로 나타낼 수 있습니다.

       어떤 위치에서 전기장의 방향은 전기력선의 접선 방향이 되며, 전기력선이 촘촘할수록 전기장이 셉니다.

  ② 전기력선의 성질

    ㉠ 전기력선은 양(+) 전하에서 나와 음(-) 전하로 들어간다.

    ㉡ 임의의 점에서 전계의 방향은 전기력선의 접선방향과 같다.

    ㉢ 임의의 점에서 전계의 세기는 전기력선의 밀도와 같다. (가우스 법칙)

    ㉣ 전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향한다.

    ㉤ 전하가 없는 곳에서는 전기력선의 발생, 소멸도 없다.

    ㉥ 전기력선은 그 자신만으로 폐곡선을 이루지 않는다.

    ㉦ 두개의 전기력선은 서로 반발하며 교차하지 않는다.

    ㉧ 전기력선은 도체 표면에 수직으로 출입하며 내부를 통과할 수 없다.

    ㉨ 전기력선은 도체표면(등전위면)과 수직으로 교차한다.

    ㉩ 도체 내부에 전하는 0이다.

    ㉪ 도체 내부 전위와 표면 전위는 같다. 즉, 등전위를 이룬다.

    ㉫ Q[C]에서 발생하는 전기력선의 총수는 Q/ε 개 이다.

​

다. 전계의 세기

  ▣ #전계 중에 +1[C]의 전하를 놓았을 때 여기에 작용하는 정전력을 그 점의 전계의 세기

       (Intensity of electric field)라고 하고, 기호는 E, 단위는 [V/m] 또는 [N/C]으로 나타낸다.

  ① 전계의 세기​

     여기서, Vp : P점에서의 전위 [V], ε : 유전율 [F/m] (ε=εo· εs), Q : 전하[C], r : 거리[m]

​

2. #전속 과 #전속밀도

  ▣ 전계 중에 금속판을 넣으면 금속판 양쪽에 ± Q[C]의 전하가 유도되는데 이 작용을 나타내기 위한 가상의 선을

       전속(Dielectric flux) 또는 유전속이라 하며, 기호는 Q, 단위는 C(Coulomb)으로 나타낸다. 또, 단위 면적당의

       전속을 전속밀도(Dielectric flux density)라 하며, 기호는 D, 단위는 [C/㎡]으로 나타낸다.​

      여기서, D : 전속밀도[C/㎡], E : 전계의 세기 [V/m], ε : 유전율[F/m], A : 단면적[㎡],  Q : 전속[C], r : 거리 [m]

​

3. #유전체 내의 #에너지

​ 가. #정전에너지

   ▣ 콘덴서에 축적되는 정전에너지 W는1/2 Q·V이고 Q = CV [C] 이므로,​

【 출제 예상 문제 】

1. 공기중에 1 × 10-7[C]의 (+)전하가 있을 때, 이 전하로 부터 15[㎝]의 거리에 있는 점의 전장의 세기는 몇 [V/m] 인가 ? ④​

4. 어떤 도체에 10[C]의 전하가 이동하여 20[J]의 일을 하였다면 전압의 크기는 몇 [V] 인가 ? ②

      ① 4                 ② 2                 ③ 1                    ④ 0.5

[해설] 일 [W] W = QV 에서 V = W / Q = 20 / 10 = 2 [V]

​

5. 전속의 특징 중 틀린 것은 ? ②

  ① 전속의 단면에는 언제나 전하가 나타난다.

  ② 전속의 경로는 전기력선의 경로와 일치하지 않는다.

  ③ +Q의 전하가 있을 때 Q개의 전속이 나온다.

  ④ 전속은 양전하에서 나와서 음전하에서 끝난다.

[해설] 전속의 특징 : 전속의 경로와 전기력선의 경로는 일치한다.

​

6. #반지름 1[m]인 도체구에 전하 Q[C]를 줄 때, 도체구 1개의 정전용량은

몇 [μF]인가 ? ③​

8. 비유전율 10인 유전체로 둘러 싸인 도체 표면의 전계세기가 104 [V/m]이었다. 이때, 표면전하밀도 [C/㎡]는 ? ④​

9. #유전체 (유전율 = 9)내의 전계의 세기가 100[V/m]일 때, 유전체내의 저장되는 #에너지 #밀도 [J/㎥]는 ? ②

1. 정전계의 발생

 가. #정전력

  ▣ 전하를 갖은 물질간에는 힘이 작용하게 된다. 정(+)전하와 부(-)전하 사이에 작용하는 힘을 정전력(Electrostatic force)

       이라 하고 같은 전하끼리는 반반력이 작용하고 다른 전하간에는 흡인력이 작용한다.

 나. 정전유도

  ▣ #대전체 A에 대전되지 않은 도체 B를 가까이 하면 A에 가까운 쪽에는 다른 종류의 전하가, 먼 쪽에는 같은 종류의

      전하가 나타나는데 이 현상을 #정전유도 (Electrostatic induction)라고 한다.

2. 콘덴서와 정전용량

 가. 콘덴서 : 전하를 축적하는 장치로, 종류는 종이 콘덴서, 마이카 콘덴서, 전해 콘덴서, 세라믹 콘덴서, 마일러 콘덴서 등

                     이 있다.

나. 정전용량 (Electrostatic capacity)

  ▣ 콘덴서가 전하를 축적할 수 있는 능력을 정전용량(Electrostatic capacity)이라 하며,

       기호는 C, 단위는 [F] (Farad)로 쓴다.

    ⊙ 정전용량은 전하량을 전압으로 나누어 산정한다.​

       여기서, Q : 전하(전기량)[C], C : 정전용량[F], V : 전압[V], A 또는 S : 극판 면적 [㎡],

                     d : 극판간 거리 [m], ε : 유전율 [F/m], εo : 진공의 #유전율 [F/m],  εs : 비유전율 [단위 없음]

​

    위 식에서 콘덴서가 큰 정전용량을 갖기 위해서는

      ① 극판의 면적[A]을 넓게

      ② 극판간의 간격[d]을 좁게

      ③ #비유전율 (εs)이 큰 #절연물 을 사용하면 된다.

​

다. 콘덴서의 접속

  ① 직렬접속 : 전기량, 전하량 (Q)는 일정하고, 전압[V]는 전하량에 반비례하여 분배된다.

    ▣ 콘덴서를 직렬로 연결하면 직렬로 연결된 콘덴서에 흐르는 전류와 시간이 같으므로 축적되는 전체 전하량은

         일정하게 된다. 이 때 콘덴서에 저장되는 전하량은 전압 × 정전용량이 된다. 직렬로 연결된 콘덴서의 전압은

         두 콘덴서에 걸리는 전압의 합과 같다.

         콘덴서의 전압에 전압식을 넣어 합성 정전용량을 구할 수 있다.​

    ▣ 콘덴서를 병렬로 연결하면 각각의 콘덴서에 전하가 축적하게 되므로 병렬 연결된 콘덴서의 수 만큼 축적되는

        전하량이 늘어 나게 된다. 콘덴서에 축적되는 전하량은 Q = CV로 구할 수 있고 각각의 콘덴서에 축적되는 전하량은

        각 콘덴서의 정전용량에 비례하여 축적되게 된다.      ​

2. 용량 0.02[μF]의 콘덴서 2개와 0.01[μF]의 콘덴서 1개를 병렬로 접속하여 24[V]의 전압을 가하였다. 합성정전용량은

    몇 [uF]이며, 0.01[μF]의 콘덴서에 축적되는 전하량은 몇 [C]인가 ? ② 

3. 대전된 전기의 양을 전기량(전하량)이라고 하며, 정(+)전하와 부(-)전하로 나뉜다. 정전하와 부전하의 두 전하 사이에

    작용하는 힘을 무엇이라고 하는가 ? ④

    ① 정전기               ② 정전용량                ③ 전기장                      ④ 정전력

[해설] #정전력 : 두 #전하 사이에 작용하는 힘

​

4. 30[F] 콘덴서 3개를 직렬로 연결하면 합성 정전용량 [F]은 ? ①

    ① 10                       ② 30                     ③ 40                           ④ 90

[해설] 콘덴서의 직렬연결​

5. 1[μF]과 2[μF]인 두 개의 콘덴서가 직렬로 연결된 양단에 150[V]의 전압이 가해졌을 때 1[μF]의 콘덴서에 걸리는

    전압[V]은 ? ③

   ① 30                        ② 50                            ③ 100                          ④ 120

[해설] 콘덴서의 직렬 연결

7. C1=1[μF], C2=2[μF], C3=3[μF]인 3개의 콘덴서를 직렬 연결하여 600[V]의 전압을 가할 때 C1 양변 사이에 걸리는

     #전압 [V]은 ?

    ① 약 55                      ② 약 327                          ③ 약 164                   ④ 약 382

[해설] 콘덴서의 #직렬접속​

8. 전하 Q로 대전된 용량 C의 콘덴서에 용량 Co를 병렬 연결한 경우 Co가 분배받는 전기량은 ? ④​

9. 콘덴서를 그림과 같이 접속했을 때 Cx의 정전용량 [μF]은 ? (단, C1=3[μF], C2=3[μF], C3=3[μF]이고 ab 사이의

    합성정전용량은 C0=5[μF]이다.) ①

10. 2[μA]의 일정 전류가 20초 동안 커패시터에 흘렀다. 커패시터의 두 극판 사이의 전압을 측정하니 40[V]이었다면

      커패시터의 용량은 몇 [μF]인가 ? ①

    ① 1                      ② 2                           ③ 3                          ④ 4

[해설] #정전용량​

11. 정전용량이 같은 콘덴서 2개를 병렬로 접속했을 때의 합성정전용량은 직렬로 접속했을 때의 합성정전용량 보다

      어떻게 되는가 ? ④

   ① 1/2로 된다.                    ② 1/4로 된다.                     ③ 2배로 된다.                     ④ 4배로 된다.

[해설] 용량이 같은 #콘덴서 의 접속

   ① 병렬접속 : 합성정전용량 C0 = nC =2C

   ② 직렬접속 : 합성정전용량 C0 =C/n = C/2

1. 전기분해

   ▣ 물에 전기를 흘려서 물을 산소와 수소를 분해하는 것

 가. #전지

   ▣ 물질의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 것

   ① 화학전지 : 화학반응을 이용

   ② 물리전지 : 빛에너지, 열에너지, 위치에너지 등을 이용

 나. #전해질 : 물에 용해되어 전류가 잘 흐르게 할 수 있는 물질

 다. #전기분해 : 전해액에 전류가 흘러 화학변화를 일으키는 현상

​

2. 전지의 종류

가. 전지의 종류

   ① 1차 전지 : 한번 방전하면 재차 사용할 수 없는 전지 (망간 건전지)

   ② 2차 전지 : 방전방향과 반대방향으로 충전하여 몇 번이고 계속 사용할 수 있는 전지 (납·알칼리 축전지)

 나. 연(납)축전지 : 2차 전지의 대표적인 것으로 연축전지(Lead storage batter)가 있다.

   ① 양극 : 이산화납 (PbO2)

   ② 음극 : 납(Pb)

   ③ 전해질 : 묽은 #황산

   ④ 비중 : 1.2 ~ 1.24

   ⑤ 공칭전압 : 2 [V/cell]

   ⑥ 공칭용량 : 10 [Ah]

   ⑦ 화학반응식

3. 전지에 나타나는 이상 현상 (기전력의 감소)

가. #분극 (상극) 현상

  ▣ 전지에 부하를 걸면 양극(구리판)에 수소가 달라 붙어 전류흐름을 방해하는 현상 (기전력의 감소현상)

나. #국부작용 (국부방전)

  ① 전지의 전극에 사용하고 있는 아연판이 불순물에 의한 전지작용으로 인해 자기방전하는 현상

  ② 전지를 쓰지 않고 오래두면 못쓰게 되는 현상

​

4. 전지의 접속

가. 전지의 기전력과 #단자전압

  ① #기전력 : 전류를 흐르게 하는 에너지원의 원천

    ⊙ 기전력 E = Ir + IR = I (r+R)

  ② 단자전압 : 부하(저항)에 걸리는 전압 - 기전력에서 내부저항의 전압강하를 뺀 전압

    ⊙ 단자전압 V = E - Ir

5. 충전방식

 가. 보통충전방식

   ▣ 필요할 때 마다 표준시간로 소정의 충전을 하는 방식

 나. 급속충전방식

   ▣ 단시간에 보통 전류의 2~3배로 충전하는 방식

 다. #균등충전방식

   ▣ 부동충전방식을 사용 시 각 셀(cell)에 일어나는 전위차를 보정하기 위하여 1~3개월 마다 1회의 정전압 10~12시간을

        충전하여 각 셀(cell)용량을 균일화하는 방식

 라. #부동충전방식

  ① 축전지의 자기방전을 보충함과 동시에 상용부하에 대한 전력공급을 충전기가 부담하고, 충전기가 부담하기 어려운

       일시적인 대전류 부하는 축전지로 하여금 부담하게 하는 방식

  ② 회로 계통

              여기서, C : 축전지용량 [Ah], L : 보수율, K : 충전시간계수 [h], I : 방전전류[A]

​

【 출제 예상 문제】

​1. 전압 1.5[V], 내부저항 0.2[Ω]의 전지 5개를 직렬로 접속하면 전전압은 몇 [V]인가? ④

    ① 1.5           ② 3.0              ③ 4.5                     ④ 7.5

[해설] 직렬접속시의 전전압 Vo = n V = 5 × 1.5 = 7.5 [V]

​

2. 기전력 3.6[V], 용량 600[mAh]인 축전지 5개를 직렬 연결할 때의 기전력 V와 용량은 ? ④

   ① 3.6 [V], 3[Ah]          ② 18[V], 3 [Ah]      ③ 3.6 [V], 600 [mAh]    ④ 18 [V], 600 [mAh]

[해설] 전지의 직렬접속 : 전압(기전력)은 n배가 되고 용량은 불변이다.

                                        ⊙ 기전력 = 3.6 × 5개 = 18 [V], 용량 = 600 [mAh]

​

3. 기전력이 1.5[V]이고 내부저항이 10[Ω]인 건전지 4개를 직렬연결하고 20[Ω]의 저항R을 접속하는 경우,

     저항 R에 흐르는 ㉠ 전류 I[A]와 ㉡ 단자전압 V[V]는 ? ①

    ① ㉠ 0.1 [A], ㉡ 2 [V]                  ② ㉠ 0.3 [A], ㉡ 6 [V]

    ③ ㉠ 0.1 [A], ㉡ 6 [V]                  ④ ㉠ 0.3 [A], ㉡ 2 [V]

[해설] 전지의 직렬접속​

4. 수신기에 내장하는 전지를 쓰지 않고 오래 두면 못쓰게 되는 이유는 다음 중 어떠한 작용 때문인가 ? ③

   ① 충전작용              ② 분극작용             ③ 국부작용              ④ 전해작용

[해설] 국부작용 : 전지의 전극에 사용하고 있는 아연판이 불순물에 의한 전지작용으로 인 해 자기 방전하는 현상.

                            전지를 쓰지 않고 오래두면 못 쓰게 되는 현상

​

5. 수신기에 내장된 축전지의 용량이 6[Ah]인 경우 0.4[A]의 부하전류로 몇 시간 동안 사용할 수 있는가 ? ②

    ① 2.4시간                  ② 15시간                  ③ 24시간                    ④ 30시간

[해설] 축전지 용량

6. 용량이 같은 축전지 2개를 병렬로 연결하면 어떻게 되는가 ? ④

   ① 전압과 용량이 모두 2배가 된다.                      ② 전압과 용량이 모두 1/2배가 된다.

   ③ 전압은 2배가 되고 용량은 일정하다.               ④ 전압은 일정하고, 용량은 2배가 된다.

[해설] 축전지의 병렬연결 : 전압은 일정, 용량은 2배

​

7. 전지의 자기방전을 보충함과 동시에 상용부하에 대한 전력공급은 충전기가 부담하도록 하되, 충전기가 부담하기

    어려운 일시적인 대전류 부하는 축전지가 부담하게 하는 충전방식은 ? ②

   ① 급속충전           ② 부동충전                ③ 균등충전                 ④ 세류충전

[해설] 부동충전방식 : 축전지의 자기방전을 보충함과 동시에 사용부하에 대한 전력공급은 충전기가 부담하고, 충전기가

                                   부담하기 어려운 일시적인 대전류 부하는 축전지가 부담하게 하는 방식

​

8. 알칼리 축전지의 음극재료는 ? ②

   ① 수산화니켈             ② 카드뮴                  ③ 이산화연                  ④ 연

[해설] 알칼리 축전지 : 양극재료 : 수산화니켈, 음극재료 : 카드뮴

1. 고유저항과 전기저항

  ▣ 파이프에 같은 수압을 가하여도 파이프의 지름, 파이프의 길이, 파이프의 내면 상태에 따라 물이 흐르는 양이 다르다.

      이것을 파이프의 저항이라고 한다. 마찬가지로 전선에 같은 전압을 가했을때 흐르는 전류의 세기는 전선의 굵기, 전선

      의 길이, 전선의 재질에 따라 다르다. 이와 같이 물질에 전류가 흐르기 어려운 정도를 나타낸 것을 전기 저항이라 한다.

      물질의 전기 저항은 재질, 형상, 온도에 따라 변한다. 그림과 같이 도체의 저항  R는 도체의 길이에 비례하고, 단면적 A

      에 반비례한다.

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

            r : 도체의 반지름 [m], D : 도체의 지름 [m]

나. 고유저항

  ▣ 도체에 전기를 흘리지 않아도 원천적으로 갖게 되는 저항, 도체 재질에 따른 1[㎥]의 저항값, 즉, 전류가 흐르기

       힘든 정도를 나타내는 값. 위 저항식에서 고유저항 ρ는​

4. 저항의 온도계수

 가. 저항의 온도 특성

    ① 도 체 : 온도에 비례, 정(+) 온도 특성

    ② 반도체 : 온도에 반비례, 일반적으로 부(-)온도 특성

나. 저항의 온도 계수

    ① 저항온도계수(α) : 0[℃]를 기준으로 온도 1[℃] 상승시켜 1[Ω]의 저항이 증가하게 하는 비례 상수

    ② t1 [℃]에 있어서의 저항온도계수​

【 출제 예상 문제】

1. 동선의 길이를 2배로 고르게 늘리니 전선의 단면적이 1/2로 되었다. 이때 저항은 처음의 몇 배가 되는가 ?

     (단, 체적은 일정하다) ②

   ① 2배               ② 4배               ③ 8배                      ④ 16배

[해설]​

2. 전기저항에 대한 설명으로 옳은 것은 ? ③

   ① 전기저항은 도선의 길이에 반비례한다.

   ② 전기저항은 도선의 단면적에 비례한다.

   ③ 고유저항은 [Ω·㎜2/m]의 단위로 나타내기도 한다.

   ④ 고유저항과 도전율은 정비례한다.

[해설] 전기저항은 도선의 길이에 비례하고 단면적에 반비례하며 고유저항과 도전율은 반비례 관계에 있다.

​

3. 고유저항 ρ, 길이 ℓ, 지름 D인 저항은 ? ①​

4. 다음 중 #도체 는 어느 것인가 ? ③

   ① 규소              ② 공기                 ③ 구리                   ④ 유리

[해설] 도체 : 전류가 잘 흐르는 물질 (구리, 백금, 은 등)

​

5. 절연체가 아닌 물질은 ? ①

      ① # 규소             ② 유리            ③ 페놀수지             ④ 고무

[해설] #절연체 : 전류가 잘 흐르지 않는 물질 (고무, 플라스틱, 유리, 페놀수지 등)

​

6. 0[℃]에서 저항이 234.5[Ω]인 연동선이 있다. 온도가 1[℃] 상승하면 증가하는 저항[Ω] 은? (단, 연동선의 온도계수

     α0 = 1/234.5 이다) ①

   ① 1                ② 2                     ③ 234.5                    ④ 54990.25

[해설] 저항의 온도계수​

7. 동선의 저항이 20[℃]일 때 0.8[Ω]일 때의 60[℃]일 때의 #저항 은 약 몇 [Ω]인가 ? (단, 동선의 20[℃]의 온도계수는

     0.0039이다)

   ① 0.034                 ② 0.925                   ③ 0.644                     ④2.4

[해설] 저항의 #온도계수  ​

​

1. 전력과 전력량

가. 전력

  ▣ 단위시간(1s) 동안 전기장치에 공급되는 전기에너지.  기호 P, 단위 : [W]​

          여기서, P : 용량 [W], η : 효율, t : 소요시간[h], M : 질량[㎏=ℓ],

                       T2 : 상승후 온도[℃], T1 : 상승전 온도 [℃]

3. 열전기 현상

가. 제어벡 효과 (Seeback effect)

  ▣ 서로 다른 두 금속 (구리-콘스탄탄)을 접속하고 접속점에 열을 가하면 기전력이 발생하여 전류가 흐르는 현상을

       말한다. 이 때 발생하는 기전력을 열기전력이라 한다. 열기전력을 측정하여 온도로 환산하는 열전대 온도계는

       공업용으로 널리 이용되고 있다.

       또한 고온에서 극저온까지 온도계측용 열전대가 개발되고 있다. 세가지의 열전현상중에서 전기를 생산할 수 있는

       것은 제어백 효과 뿐이다.

​

나. 펠티에 효과 (Peltier effect)

  ▣ 서로 다른 금속이나 반도체(비스무트-안티몬)의 양쪽 끝을 접합하여 전류를 흘려주면 전류에 의해 발생하는

       줄열 이외도 금속의 각 접점에서 발열 또는 흡열 작용이 일어나는 현상을 말한다. 한 쪽은 열이 발생하고

       다른 쪽은 열을 빼앗기는 현상을 이용하여 냉각과 가열을 할 수 있으며 이런 특성을 이용하여 소형 냉장고나

       전자 냉열장치에 이용한다.

다. 톰슨효과 (Thomson effect)

  ▣ 같은 종류의 도체이면서 부분적으로 온도가 다른 금속에 전류를 흐르게 하면 온도가 바뀌는 부분에서 발열과

       흡열이 일어나는 현상이다. 이는 제어백 효과와 펠티에효과의 가역성을 열역할적으로 이론화한 것이다.

​

라. 기타 현상

  ① 홀 효과 (Hall effect) : 전류가 흐르고 있는 도체에 외부에서 자계를 가하면 도체 측면에 정(+), 부(-)의 전하가 나타나

                                         두 면간에 전위차가 발생하는 현상

  ② #압전현상 (Piezo effect) : 로셀염 등의 결정에 압력을 가하면 전압이 발생하는데 이를 압전효과라 하며 이와 반대로

                                        전압을 주면 결정체가 변형을 일으키는 현상을 압전 역효과라고 한다.

  ③ 핀치효과 (Pinch effect) : 전류가 도선 중심으로 흐르려고 하는 현상

​

【출제예상문제】

​

1. 1000[W]의 전열기를 정격상태에서 10분간 사용한 경우 발열량은 몇 [㎉]인가 ? ④

    ① 216                      ② 200                       ③ 152                  ④ 144

  [해설]  발열량 H=0.24Pt=0.24×1000×10×60=144,000[cal]=144[kWh]  ​

5. 동일 금속에 온도구배가 있을 경우 여기에 전류를 흘리면 열을 흡수 또는 발생하는 현상을 무엇이라 하는가 ? ②

   ① 제어백효과            ② 톰슨효과               ③ 펠티에 효과               ④ 홀효과

[해설] #톰슨효과(Thomson effect) : 균질의 철사에 온도구배가 있을 때 여기에 전류가 흐르면 열의 흡수 또는 발생이

                                                         일어나는 현상

​

6. 전류가 흐르고 있는 도체에 자계를 가하면 도체 측면에는 정·부의 전하가 나타나 두 면 간의 전위차가 발생하는

    현상은 ? ①

  ① #홀효과           ② 톰슨효과                ③ 핀치효과              ④ 제어백효과

[해설] #홀효과 (Hall effect) : 도체에 자계를 가하면 전위차가 발생하는 현상

​

7. 다른 종류의 금속선으로 된 폐회로에서 두 접합점의 온도차에 의하여 기전력이 발생하는 효과는 ? ②

  ① #펠티에 효과             ② #제어백효과             ③ #톰슨효과              ④ #핀치효과

[해설] 제어백효과 (seeback effect) : 서로 다른 2개의 금속을 접속하여 접합부에 온도차를 주면 기전력이 발생하는 현상

​

8. 다음 설명중 옳지 않은 것은 ? ②

  ① #전력은 전력량과 다르다.                             ② 전력량은 마력으로 환산한다.

  ③ 전력량은 칼로리 단위로 환산한다.                ④ 전력은 칼로리 단위로 환산할 수 없다.

[해설] 전력과 전력량 : 전력량은 마력으로 환산할 수 없고 전력을 마력으로 환산할 수 있다.

​

9. 100[V]로 250[W]의 전력을 소비하는 전열기가 있다. 이 전열기를 80[V]로 사용하면 소비전력은 몇 [W]인가 ? ①

   ① 160                ② 180                   ③ 200                      ④ 220

[해설] 소비전력 P = V2/R , P ∝ V2​

10. 15[℃]의 물 200[ℓ]가 있다. 이 물을 30분 동안 40[℃]로 높이기 위하여 필요한 전열기 용량은 몇 [kW]인가 ?

      (단 발열량의 70[%]가 유효한 발열이라고 한다)

   ① 16.6                    ② 2.3                         ③ 40.3                        ④ 54.0

[해설] 860Pηt = m(T2 - T1)​

11. 100,000[㎈]의 열량을 전력량으로 환산하면 약 몇 [kWh]인가 ? ①

   ① 0.116                      ② 1.16                    ③ 116                        ④ 1160

[해설] 단위의 환산 : 1kwh = 860 ㎉, 1 : 860 = x : 100 x = 100/860 = 0.116[kWh]

12. 200[V], 60[W]의 전등 2개를 매일 5시간씩 점등하고, 600[W]의 전열기 1개를 매일 1시간씩 사용할 경우

      1개월(30일)의 소비전력량은 몇 [kWh]인가 ? ②

    ① 18                   ② 36                        ③ 180                     ④ 360

[해설] # 소비전력량 산정 :  W=Pt =(60×2×5×30)+(600×1×30)=36,000[W]=36[kWh]  ​

13. 스피커의 입력 임피던스를 10[kΩ], 스피커의 #선로전압을 100[V]로 하면 스피커의 입력전력은 몇 [W]인가 ?

   ① 1                   ② 2                     ③ 5                    ④ 10

[해설] 전력 산정