아낌없이 주는 나무

1. 휘트스톤브리지

▣ 휘트스톤브리지내에 가변저항을 조절하여 검류계(G)의 전류가 "0"일 때 이 브리지회로는 평형이 되었다고 한다.

    휘트스톤브리지의 원리는 지중전선로의 고장점을 검출하거나 미지의 저항을 측정할 때 사용된다.

3. 전압과 전류의 측정

 가. 전압과 전류의 측정기기

   ① 전압계 : 회로 및 부하의 전압을 측정하는 계기로 부하에 병렬로 연결

   ② 전류계 : 회로 및 부하의 전류를 측정하는 계기로 부하에 직렬로 연결

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 나. 배율기

   ▣ 배율기는 전압계의 측정범위를 확대하기 위하여 전압계에 직렬로 연결하는 저항을 말한다. 이는 회로에 저항을

        직렬로 연결하면 전압이 분배되는 원리를 이용한 것이다.

   ▣ 만약 100[V]의 회로가 있고 전압계의 측정범위가 100[V]이라면 이 전압계로 회로의 전압을 측정할 수 있을 것이다.

       하지만 1000[V]의 회로를 측정범위가 100[V]인 회로를 측정하게 되면 과전압으로 전압계가 타버릴 것이다.

  ▣ 이렇게 측정범위가 낮은 전압계로 높은 전압을 측정할 때 배율기를 사용하게 된다.

  ▣ 측정범위가 낮은 전압계로 높은 전압을 측정하는 경우에는 전압계에 직렬로 배율기 저항을 달아 전압을 배분하면

       된다. 즉 전압계의 내부저항 r​v이 10[Ω] 이라 하면 전압 측정 범위가 100[V] 전압계로 1000[V]을 전압을 측정하려는

       경우 1000[V] 에서 100[V]를 뺀 900[V]의 전압을 배율기에 분담시키면 된다. 따라서 전압은 저항에 비례하여 분담하게

       되므로 배율기는 전압계보다 9배 많은 저항을 달면 된다.

​

    ※ 직렬 회로의 전압 분배법칙에 따라 전압계와 배율기의 전압을 구해 보자.

4. 분류기

​   ▣ 분류기는 전류계의 측정범위를 확대하기 위하여 전류계에 병렬로 연결하는 저항을 말한다. 이는 회로에 저항을

        병렬로 연결하면 전류가 분배되는 원리를 이용한 것이다.

  ▣ 만약 10[A]의 회로가 있고 전류계의 측정범위가 10[A]이라면 이 전류계로 회로의 전류를 측정할 수 있을 것이다.

       하지만 100[A]의 회로를 측정범위가 10[A]인 회로를  측정하게 되면 과전류로 전류계가 타버릴 것이다.

  ▣ 이렇게 측정범위가 낮은 전류계로 높은 전류을 측정할 때 분류기를 사용하게 된다.

  ▣ 측정범위가 낮은 전류계로 높은 전류를 측정하는 경우에는 전류계에 병렬로 분류기 저항을 달아 전류를 배분하면

      된다. 즉 전류계의 내부저항 ra이 10[Ω] 이라 하면 전류 측정 범위가 10[A]인 전류계로 100[A]의 전류를 측정하려는

      경우 100[A]에서 10[A]를 뺀 90[A]의 전류를 분류기에 분담시키면 된다. 따라서 전류는 저항에 반비례 하여 분담하게

      되므로 분류기는 전류계보다 1/9배 적은 저항을 달면 된다.

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【 일반화 】

  ▣ 분류기 : 전류계의 측정범위를 확대하기 위해 전류계에 병렬로 저항을 연결한다.

   ① 1배          ② 2배              ③ 3배                 ④ 4배

[해설]

  ▣ 단자 a,b에서 본 회로의 합성저항 Rab는 휘스톤 브리지 이므로 가운데 부분은 전류가 흐르지 않으므로 저항이 없게

       되어 저항 2r을 병렬연결한 것과 같게 되고 단자 c,d에서 본 합성저항 Rcd는 저항 2r, r, 2r을 병렬연결한 것이 된다,​

4. 직류전압계의 내부저항이 500[Ω], 최대 눈금이 50[V]라면 이 전압계에 3[kΩ]의 배율기를 접속하여 전압을 측정할 때

    최대 측정치는 몇 [V]인가 ?

   ① 250 [V]                 ② 300 [V]                    ③ 350 [V]                    ④ 400 [V]

[해설] 배율기​

5. "회로망의 임의의 접속점에 유입하는 여러 전류의 총합은 0이다"라고 하는 법칙은 ? ④

   ① 쿨룽의 법칙           ② 옴의 법칙            ③ 패러데이 법칙               ④ 키르히호프의 법칙

[해설] 키르히호프의 법칙

  ⊙ 옴의 법칙을 응용한 것으로 복잡한 회로의 전류와 전압 계산에 사용

  ⊙ 회로망의 임의의 접속점에 유입하는 여러 전류의 총합은 "0"이라고 하는 키르히호프의 제1법칙 (전류평형의 법칙)

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6. 내부저항이 200[Ω]이며 직류 120[mA] 전류계를 6 [A]까지 측정할 수 있는 전류계로 사용하고자 한다.

     어떻게 하면 되는가 ? ④

   ① 24 [Ω]의 저항을 전류계와 직렬로 연결한다.

   ② 12[Ω]의 저항을 전류계와 병렬로 연결한다.

   ③ 약 6.24 [Ω]의 저항을 전류계와 직렬로 연결한다.

   ④ 약 6.24 [Ω]의 저항을 전류계와 병렬로 연결한다.

[해설] 분류기​

7. 키르히호프의 법칙을 이용하여 방정식을 세우는 방법으로 옳지 않은 것은 ? ③

   ① 도선의 접속점에서 키르히호프 제1법칙을 적용한다.

   ② 각 폐회로에서 키르히호프 제2법칙을 적용한다.

   ③ 계산 결과 전류가 +로 표시된 것은 처음에 정한 방향과 반대방향임을 나타낸다.

   ④ 각 회로의 전류를 문자로 나타내고 방향을 가정한다.

[해설] 키르히호프 법칙 : 계산결과 전류가 +로 표시된 것은 처음에 정한 방향과 같은 방향임을 의미한다.

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8. 다음 그림에서 a, b간의 합성저항은 몇 [Ω] 인가 ? ②

9. 전압계의 측정범위를 9배로 하려면 내부저항보다 배율기의 저항을 몇 배로 하여야 하는가 ? ①

   ① 8배                  ② 9배                        ③ 1/8배                   ④ 1/9배

[해설] 배율기 배율(측정범위) Rm = (m-1)Rv, Rm = (9-1)Rv = 8Rv

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10. 분류기를 사용하여 전류를 측정하는 경우에 전류계의 내부저항이 0.25[Ω], 분류기의 저항이 0.07[Ω] 이라면

      그 배율은 얼마인가 ? ②

    ① 4                   ② 5                          ③ 6                           ④ 7

[해설] 분류기​

  ① 직렬접속회로에서는 저항에 흐르는 전류는 일정하고 전압은 저항의 크기에 따라 분배된다 : 선로에 흐르는 전류의

      크기는 같다.

② 합성저항

  ▣ 합성저항은 저항의 합 분의 저항의 곱으로 계산한다. 이는 저항 2개를 병렬연결할 때의 저항의 계산법이다.

6. 2개의 저항 R1, R2를 직렬 연결하면 10[Ω], 병렬연결하면 2.4 [Ω] 이 된다. 두 저항값은 각각 몇 [Ω]인가 ? ③

   ① 2와 8       ② 3과 7          ③ 4와 6           ④ 5와 5

[해설]​

7. 저항을 설명한 다음 문항 중 틀린 것은 ? ③

   ① 기호는 R, 단위는 Ω 이다.

   ② 옴의 법칙은 R = V/I 이다.

   ③ R의 역수는 서셉턴스이며, 단위는 Ω-1 이다.

   ④ 전류의 흐름을 방해하는 작용을 저항이라 한다.

[해설] 저항의 역수는 컨덕턴스이다.

​

8. 옴의 법칙에서 전류의 세기는 어느 것에 비례하는가 ? ④

  ① 저항       ② 동선의 길이         ③ 동선의 직경           ④ 전압

[해설] 오음의 법칙 V=IR, I = V/R ∴ 전류는 전압에 비례하고, 저항에 반비례한다.

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9. 4[Ω], 5[Ω], 8[Ω]의 저항 3개를 병렬로 접속하고 여기에 40[V]의 전압을 가했을 때 전전류는 몇 [A]인가 ? ④

   ① 5              ② 8                ③ 12                  ④ 23

[해설]​

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.

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나. 전기력 (쿨룽의 힘)

  ▣ 두 전하 사이에 작용하는 힘

  ① 같은 전하 사이 : 반발력 (척력)

  ② 다른 전하 사이 : 흡인력 (인력)

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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.

      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.​

     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]

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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

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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]

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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]