전기의 성질과 전하에 의한 전기장 정리와 기출문제

정답 ①

콘덴서에 저장되는 전하량(충전 전하량)은 Q = C × V로 계산합니다. 정전용량 C는 '전압 1V를 가할 때 얼마나 전하를 저장하는가'를 나타내는 값이므로, 가한 전압 V를 곱하면 총 전하량이 됩니다.

단위 환산이 핵심입니다. 1μF는 10⁻⁶F이므로 먼저 F 단위로 바꿔야 합니다. Q = 1×10⁻⁶ F × 100 V = 100×10⁻⁶ = 1×10⁻⁴ C가 됩니다.

③ 1×10⁻⁵ 같은 오답은 μF 환산(×10⁻⁶)을 빠뜨리거나 자릿수를 하나 잘못 옮겨서 나오는 대표적 실수이며, ②④도 같은 이유의 자릿수 오답입니다.

이런 문제가 나오면 → μF→F 환산(×10⁻⁶)을 반드시 먼저 하고 Q=CV에 대입한다.

근거 : 핵심 공식: $Q=CV$. 암기팁: 정전용량 C는 '전압 1V당 저장되는 전하량'이므로 Q=C×V는 옴의 법칙과 비슷한 구조로 외우면 된다.

정답 ③

전선에 전류가 흐르면 열이 발생합니다. 전류가 너무 크면 절연물(전선을 싸는 피복)이 열로 손상되어 감전이나 화재의 원인이 됩니다. 그래서 전선마다 '이 정도까지는 안전하다'는 최대 전류가 정해져 있는데, 이것을 허용전류라고 합니다.

허용전류는 전선의 굵기(단면적), 재질(구리·알루미늄), 주변 온도 등에 따라 값이 달라집니다.

오답 중 ① 과도전류는 사고 등 이상 시 순간적으로 흐르는 큰 전류로 '안전하게 흘릴 수 있는' 최대치라는 뜻과 다르고, ② 전도전류는 도체 속 전하 이동 현상 자체를 가리키는 일반 용어입니다.

이런 문제가 나오면 → '허용'이라는 말이 곧 '안전 한계'임을 연결해 답을 고르면 됩니다.

근거 : 정답 근거: 전선에 지속적으로 안전하게 흘릴 수 있는 최대 전류를 허용전류라 하며, 이를 초과하면 절연물이 열화되어 화재 위험이 커진다.

정답 ④

콘덴서(축전기, 커패시터) 여러 개를 접속할 때 합성 정전용량 구하는 방식은 저항과 정반대입니다. 병렬로 접속하면 용량이 단순히 더해지고, 직렬로 접속하면 오히려 줄어듭니다.

병렬 접속 공식은 C = C₁ + C₂ + … 입니다. 이 문제에 대입하면 C = 3 + 6 = 9μF이 됩니다.

① 2μF은 직렬 공식 C₁C₂/(C₁+C₂) = 3×6/(3+6) = 2μF을 잘못 적용한 값으로, '병렬'이라는 조건을 놓친 대표적 오답입니다.

이런 문제가 나오면 → '콘덴서는 저항과 반대: 병렬이면 더하고 직렬이면 역수의 합'으로 외우면 됩니다.

근거 : 핵심 공식: 병렬 $C=C_1+C_2+\cdots$, 직렬 $\frac{1}{C}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}$. 암기팁: 콘덴서는 저항과 반대 — 병렬은 '더하고' 직렬은 '역수의 합'.

정답 ②

콘덴서(전기를 모아두는 부품)는 저항과 계산이 반대라고 생각하면 쉬워요.

저항은 직렬이면 더하고, 병렬이면 나누는데,

콘덴서는 직렬이면 '곱해서 합으로 나누기', 병렬이면 그냥 더하기입니다.

말로 풀면: 6과 4를 곱하고(24), 6과 4를 더한 값(10)으로 나눕니다.

$C = \frac{6 \times 4}{6 + 4}$

$= \frac{24}{10} = 2.4\mu\text{F}$

이런 문제가 나오면 → '콘덴서 직렬 = 곱하기 나누기 합'을 떠올리자.

근거 : 핵심 공식: 콘덴서 직렬 $C_s=\frac{C_1C_2}{C_1+C_2}$, 병렬 $C_p=C_1+C_2$. 암기팁: '콘덴서는 저항과 반대 — 직렬은 역수의 합, 병렬은 그냥 합'으로 기억한다.

정답 ②

콘덴서에 저장되는 전하 Q, 가한 전압 V, 용량 C 사이에는 Q = CV라는 기본 관계가 있습니다.

이것을 용량을 구하는 형태로 바꾸면 C = Q/V입니다. 문제의 값을 대입하면 C = (5×10⁻³) / 1000 = 5×10⁻⁶ F입니다.

마지막으로 단위를 환산합니다. 1μF = 10⁻⁶F이므로 5×10⁻⁶F = 5μF.

250μF 같은 보기는 나눗셈 순서를 거꾸로 하거나(V/Q) 단위 환산에서 자릿수를 잘못 옮긴 결과입니다.

이런 문제가 나오면 → C = Q/V에 대입한 뒤 '10⁻³ ÷ 10³ = 10⁻⁶ = μF' 환산까지 한 번에 끝내세요.

근거 : 핵심 공식: $C=\frac{Q}{V}$. 암기팁: 'Q=CV'를 변형해 'C=Q/V'로 바로 계산하는 습관을 들인다.

정답 ④

반도체는 순수한 상태보다 불순물을 조금 섞어주면 성능이 좋아지는데, 이걸 '도핑'이라고 해요.

4가인 실리콘에 5가 원소를 섞으면 전자가 1개 남아돌아요. 전자(-전하)가 많으니까 'N형' 반도체가 됩니다.

핵심은 원소의 '가수'예요.

- 5가 (N형): 인, 비소, 안티몬

- 3가 (P형): 붕소, 갈륨, 인듐

- 4가 (반도체 재료): 실리콘, 게르마늄

선택지를 보면 게르마늄은 4가(반도체 재료), 갈륨과 인듐은 3가(P형)라서 탈락!

안티몬만 5가라서 N형을 만들 수 있어요.

이런 문제가 나오면 → 'N형은 5가(인·비소·안티몬), P형은 3가(붕소·갈륨·인듐)' 대입해서 답을 골라요.

근거 : 정답 근거: N형 반도체는 4가 원소(실리콘, 게르마늄)에 5가 원소(인, 비소, 안티몬)를 미량 첨가(도핑)하여 만들며, 5가 원소는 여분의 전자 1개를 내놓아 자유전자를 증가시킨다.

정답 ④

콘덴서(전하를 저장하는 부품)를 병렬로 접속하면 합성 정전용량은 각 용량을 그대로 더하면 됩니다.

공식은 Cp = C₁ + C₂ + C₃이고, 대입하면 2 + 4 + 6 = 12 [F]입니다. 병렬에서는 마치 판 면적이 넓어진 것과 같아 용량이 커집니다.

콘덴서는 저항과 공식이 반대라는 점이 핵심입니다. 콘덴서 병렬 = 저항 직렬처럼 '더하기', 콘덴서 직렬 = 저항 병렬처럼 '역수의 합'입니다. 나머지 보기는 직렬 공식을 잘못 쓰거나 계산 실수로 나온 값들입니다.

따라서 정답은 12 [F]입니다.

이런 문제가 나오면 → '콘덴서는 저항과 반대'를 떠올려 병렬이면 그냥 더하세요.

근거 : 핵심 공식: 병렬 $C_p=\sum C_i$ (저항의 직렬 공식과 유사한 형태), 직렬 $\frac{1}{C_p}=\sum\frac{1}{C_i}$. 암기팁: '콘덴서 병렬=저항 직렬처럼 단순히 더한다'로 저항과 반대되는 특성을 기억.

정답 ③

물건을 마찰하면 스파크가 튘는 경험 해봤죠? 그것처럼 물체가 평소보다 전자(아주 작은 전기 알갱이)가 많아지거나 부족해져서 전기를 띠게 되는 것을 '대전(전기를 띰)'이라고 해요.

이 문제는 물음표 자리에 들어갈 용어를 묻는 문제예요.

보기에서 '전기를 띠게 되는 현상'을 찾아야 해요.

① 충전: 배터리에 전기를 채우는 것

② 방전: 쌓인 전기가 빠져나가는 것

③ 대전: 전기를 띠게 되는 것 ← 정답!

④ 분극: 물체 안에서 전하가 재배열되는 것

이런 문제가 나오면 → '전기를 띤다 = 대전'으로 이름 그대로 기억하면 돼요.

근거 : 정답 근거: 대전(electrification)은 물체가 정상 상태보다 전자가 많아지거나 부족해져 전기적으로 중성이 아닌 상태(양전기 또는 음전기)를 띠게 되는 현상을 의미한다.