개념 한 쪽
전기 계산에서는 값 자체만큼 단위가 중요하다. 전하는 쿨롬[C], 에너지는 줄[J]과 전자볼트[eV], 질량은 킬로그램[kg], 유전율은 F/m, 쿨롱 상수는 N·m²/C²로 표시되며, 단위를 확인하면 서로 다른 상수를 구별할 수 있다.
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출제기준 단원 「단위계 등」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 규정·조건에 따른 기준값 선택 | 1 | 길이>15m·중량≤700kg 전주 최소 매설깊이 |
| 기본상수 값 선택 | 1 | 전자 1개 질량의 수치(kg) |
| 용어 정의 선택 | 1 | 물체가 가진 전기량을 가리키는 용어 |
2016년 CBT 전환 이전 시험에도 나왔습니다(2004년 1회).
전하는 물체가 가지고 있는 전기의 양이자 물질이 가진 고유한 전기적 성질이고, 단위는 쿨롬[C]이다. 대전은 물체에 전하가 남아 있는 상태, 방전은 대전된 전하가 이동해 없어지는 현상이며, 양자는 에너지의 최소 단위이지 전기의 양이 아니다. 이 세 용어는 정의를 서로 바꾸어 출제되므로 「양은 전하, 남아 있으면 대전, 없어지면 방전」으로 구분한다.
기본 상수는 숫자와 단위를 함께 외운다. 전자 1개의 질량은 9.109×10⁻³¹ kg이고 전하량은 1.602×10⁻¹⁹ C이다. 진공의 유전율 ε₀는 8.855×10⁻¹² F/m이며, 쿨롱 법칙의 비례상수 k는 9×10⁹ N·m²/C²이다. 질량·전하량은 음수 지수를, 쿨롱 상수는 양수 지수를 가진다는 점도 구별에 도움이 된다.
에너지 단위 환산에서는 전자볼트를 쓴다. 1 eV는 전자 1개가 1 V의 전위차를 통과할 때 얻는 에너지로 1.602×10⁻¹⁹ J이다. 10 eV는 여기에 10을 한 번 곱한 값이므로 지수가 하나 올라가 1.602×10⁻¹⁸ J이 된다. 곱하는 횟수만큼 지수가 올라간다는 규칙만 지키면 된다.
쿨롱 법칙의 계산 결과는 힘의 단위 N으로 나온다. F = 9×10⁹ × Q₁Q₂/r²이며, 전하를 C, 거리를 m로 맞추어 넣는다. 양전하 15×10⁻⁶ C과 음전하 10×10⁻⁶ C이 1 m 떨어져 있으면 F = 9×10⁹ × (15×10⁻⁶ × 10×10⁻⁶) / 1² = 1.35 N이고, 극성이 다르므로 흡인력이다. 3×10⁻⁵ C과 8×10⁻⁵ C이 2 m 떨어져 있으면 F = 9×10⁹ × 24×10⁻¹⁰ / 4 = 5.4 N이다.
길이와 질량도 문제의 조건을 가르는 단위다. 전주는 길이 15 m 이하이면 전체 길이의 1/6 이상을 묻고, 15 m를 넘는 전주는 중량 700 kg 이하일 때 최소 2.5 m 이상을 묻는다. 같은 「전주 매설」 문제라도 m와 kg 조건에 따라 적용 기준이 달라진다.
단위 문제의 함정은 계수와 지수에 있다. 전자 질량을 물으면 kg 단위인 9.109×10⁻³¹을 고르고, 1.602×10⁻¹⁹는 전하량[C], 8.855×10⁻¹²는 유전율[F/m], 9×10⁹는 쿨롱 상수[N·m²/C²]로 소거한다. eV를 J로 바꿀 때는 1.602×10⁻¹⁹를 곱하고, 10 eV처럼 배수가 붙으면 지수를 그만큼 올린다.
쿨롱 계산에서는 거리의 제곱으로 나누는지 확인한다. 3×10⁻⁵ C과 8×10⁻⁵ C, 2 m 조건에서 r² 대신 r로 나누면 10.8 N이 나오지만 이는 함정값이고, r²=4로 나눈 5.4 N이 맞다. 전하의 곱과 지수를 먼저 정리한 뒤 나누면 실수가 줄어든다.
2004년 1회전주의 길이가 15[m]를 넘는 경우, 전주가 땅에 묻히는 깊이는 최소 얼마나 묻어야 하는가?(단, 700kg 이하 이다)
정답 ① · 전기설비기술기준에 따르면 전주(지지물)의 전체 길이가 15m를 초과하는 경우, 중량 700kg 이하 조건에서 땅에 묻는 최소 깊이는 2.5m 이상이어야 한다(길이가 15m 이하인 일반적인 경우는 전체 길이의 이상 매설). 하중이 클수록, 길이가 길수록 매설 깊이도 늘어나는 규정임을 함께 기억해두면 관련 문제에 응용할 수 있다.
전주 길이가 15m를 초과하면(700kg 이하) 최소 매설 깊이는 2.5m 이상이다.
전자 1개의 질량은 몇 kg인가?
정답 ②
전자 1개의 질량은 9.109×10⁻³¹kg이고, 전하량은 1.602×10⁻¹⁹C로 지수로 구별한다.
물체가 가지고 있는 전기의 양을 뜻하며 물질이 가진 고유한 전기적 성질을 무엇이라고 하는가?
정답 ②
물체가 가진 전기의 양이자 물질 고유의 전기적 성질을 뜻하는 것이 전하(電荷)이다.
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