2010년 4회공기 중에서 3 [C]과 8 [C]의 두 전하를 2[m]의 거리에 놓을 때 그 사이에 작용하는 힘은?
- 2.7[N]
- 5.4[N]
- 10.8[N]
- 24[N]
정답과 해설 보기
정답 ② · 쿨롱의 법칙(진공/공기 중) **핵심공식**: (는 진공중 쿨롱상수). 지수 계산 시 자릿수 실수에 주의.
쿨롱의 법칙 F=9×10⁹·Q₁Q₂/r², 9×10⁹×24×10⁻¹⁰÷4=5.4N이다.
개념 한 쪽
전기기능사 정전기 현상 — 대전의 종류와 발생 원인
정전기는 물체가 전하를 얻거나 잃으면서 생긴다. 대전은 무엇 때문에 전하가 분리되었는가에 따라 마찰·박리·유동·접촉·분출·충돌·파괴·유도·교반·침강·동결 등으로 나뉘고, 발생 원인을 나타내는 낱말이 현상의 이름을 결정한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「정전기 현상」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 수치 계산(힘) | 1 | 주어진 전하와 거리로 작용하는 힘 크기 계산 |
| 수치 계산(거리) | 1 | 주어진 전하와 힘으로 두 전하 간 거리 계산 |
| 명칭 고르기(대전·방전) | 1 | 설명에 해당하는 대전·방전 현상 이름 고르기 |
2016년 CBT 전환 이전 시험에도 나왔습니다(2010년 4회).
뜻
대전현상은 물체에 전하가 쌓이는 현상이다. 두 물체를 비비면 마찰대전, 비닐포장지를 뗄 때처럼 밀착된 물체를 떼어내면 박리대전, 서로 다른 두 물체가 접촉하면 접촉대전이 생긴다. 접촉대전은 반드시 서로 다른 물체가 접촉할 때 일어나며, 같은 물체끼리의 접촉은 그 정의에 맞지 않는다.
액체가 흐르는 경우에는 유동대전이 생긴다. 기름 같은 액체가 파이프 내부를 흐를 때 액체와 관벽 사이에서 전하가 분리되어 대전되는 현상이다. 이 밖에도 가스나 분말이 뿜어나올 때의 분출대전, 충돌대전, 파괴대전, 유도대전, 젓는 동작의 교반대전, 가라앉는 침강대전, 어는 동결대전이 있다. 이 목록에 없는 「반응대전」 같은 낯선 용어는 대전의 종류가 아니다.
정전기가 만드는 방전 현상도 구별한다. 불평등 전장에서 절연이 부분적으로 파괴되어 전극 주변에 국부적으로 일어나는 방전은 코로나이다. 전극이 뾰족하거나 가늘어 전장이 고르지 못할 때 잘 생기고, 전압이 높을수록 잘 발생한다. 불꽃 방전이나 아크 방전은 두 전극 사이를 완전히 잇는 전체 방전이므로 국부적인 코로나와 다르다.
두 전하 사이에 작용하는 힘은 쿨롱의 법칙으로 계산한다. F = 9×10⁹ × Q₁Q₂/r² [N]이며, 공기 중 4 μC과 8 μC의 전하 사이에 7.2 N의 힘이 작용할 때 r² = 9×10⁹ × (4×10⁻⁶ × 8×10⁻⁶) / 7.2 = 0.04이므로 r = 0.2 m이다. 3×10⁻⁵ C과 8×10⁻⁵ C을 2 m 거리에 놓으면 F = 9×10⁹ × 24×10⁻¹⁰ / 4 = 5.4 N이다.
예제
대전 종류 문제는 원인 낱말을 찾으면 풀린다. 「비닐포장지를 뗄 때」는 박리대전, 「서로 다른 물체가 접촉」은 접촉대전, 「두 물체를 비벼서」는 마찰대전이고, 「액체가 파이프를 흐를 때」만 유동대전이므로 고체 접촉 계열과 구별된다. 보기에 「반응대전」처럼 목록에 없는 용어가 섞여 있으면 그것이 틀린 종류다.
계산 문제에서는 거리의 제곱을 확인한다. 4 μC과 8 μC, 7.2 N 조건은 r²을 먼저 구한 뒤 제곱근을 씌워 0.2 m를 얻는다. 3×10⁻⁵ C과 8×10⁻⁵ C, 2 m 조건은 전하의 곱 24×10⁻¹⁰을 만들고 r²=4로 나누어 5.4 N을 얻는다. 거리로 나누면 10.8 N이 되어 함정에 걸린다.
대표 기출 3문항
액체류가 파이프 등 내부에서 유동할 때 액체와 관벽 사이에 정전기가 발생하는 현상을 무엇이라 하는가?
- 마찰에 의한 대전
- 박리에 의한 대전
- 유동에 의한 대전
- 기타 대전
정답과 해설 보기
정답 ③
액체가 파이프 내부를 흐를 때 액체와 관벽 사이에 생기는 정전기는 '유동에 의한 대전'이다.
공기 중에서 4[μC]과 8[μC]의 두 전하 사이에 작용하는 정전력이 7.2[N]일 때 두 전하 간의 거리는 몇 m인가?
- 1
- 0.1
- 2
- 0.2
정답과 해설 보기
정답 ④
쿨롱 법칙 F=9×10⁹Q₁Q₂/r²에서 r=√(9×10⁹Q₁Q₂/F)=√0.04=0.2m이다.
자주 묻는 물음
- 대전현상의 종류에는 무엇이 있나요?
- 마찰대전, 박리대전, 유동대전, 접촉대전을 비롯해 분출·충돌·파괴·유도·교반·침강·동결대전이 있습니다. 각각 비빔, 떼기, 액체의 흐름, 서로 다른 물체의 접촉처럼 전하가 분리된 원인에 따라 이름이 붙습니다. 목록에 없는 「반응대전」은 대전의 종류가 아닙니다.
- 접촉대전과 유동대전은 어떻게 구별하나요?
- 접촉대전은 서로 다른 두 물체가 접촉할 때 물체 사이에서 전하가 이동해 생기는 현상입니다. 유동대전은 액체가 파이프 내부를 흐를 때 액체와 관벽 사이에서 전하가 분리되어 생기는 현상입니다. 접촉 대상이 고체인지 흐르는 액체인지가 구별 기준입니다.
- 불평등 전장의 국부 방전과 전체 방전은 어떻게 다른가요?
- 불평등 전장에서 절연이 부분적으로 파괴되어 전극 주변에 국부적으로 생기는 방전이 코로나입니다. 전극이 뾰족하거나 가늘 때 잘 생기고 전압이 높을수록 잘 발생합니다. 불꽃 방전과 아크 방전은 두 전극 사이를 완전히 잇는 전체 방전이므로 구별됩니다.
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