전류의 열작용과 화학작용 정리와 기출문제

정답 ④

탄산음료를 오래 두면 기포가 컵 벽에 붙어 있는 것처럼, 볼타 전지가 일하면 양극(플러스 전극) 표면에 수소 기체(기포)가 주르르 달라붙어요.

이 기포가 마치 우산처럼 전극을 덮어서 전기가 잘 못 나오게 방해합니다.

전지 입장에서는 '기포가 방해물이 되어 힘이 약해지는 현상'인데, 이것을 분극작용이라고 부릅니다.

참고로 이 기포를 없애주는 약(감극제, 이산화망간)을 넣으면 해결됩니다.

이런 문제가 나오면 → '수소 기포가 전극을 덮는다 = 분극작용'으로 바로 연상하세요!

근거 : 정답 근거: 볼타 전지에서 전류가 흐르면 양극 표면에 수소 기체가 발생해 부착되고, 이 기포가 전극과 전해액 사이의 반응을 방해하며 역기전력을 유발해 전지의 기전력을 감소시키는 현상을 분극작용이라 한다.

정답 ①

휴대용 미니 냉장고를 뒤집어보면 쿨링팬 대신 작은 판(열전소자)이 들어있는 경우가 있어요. 이 판은 두 금속을 붙인 뒤 전류를 흘려서 접점(두 금속이 맞닿은 부분)이 차갑게 식어 열을 '빨아들이는' 원리예요.

이렇게 두 금속 접점에 전류를 통했을 때, 전류 방향에 따라 열이 발생하거나 흡수되는 현상을 '펠티에 효과'라고 해요.

다른 선택지와 비교해볼까요?

지벡 효과: 온도차를 주면 전기가 생기는 현상 (열전대 온도계 원리)

홀 효과: 자기장 속에서 전류에 수직 방향으로 전압이 생기는 현상

줄 효과: 그냥 저항이 열을 내는 일반적인 발열 (전기장판)

이런 문제가 나오면 → '전류 방향에 따라 열 발생/흡수'라는 문구가 보이면 펠티에 효과를 고르면 됩니다!

근거 : 정답 근거: 펠티에 효과는 서로 다른 두 금속(또는 반도체)의 접합부에 전류를 흘릴 때 전류의 방향에 따라 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 현상으로, 전자냉장고·열전소자 냉각에 응용된다.

정답 ②

전기 분해에서 석출되는 물질의 질량 m은 흘려 준 전기량(전류×시간)에 비례합니다. 이것이 패러데이 전기분해 법칙으로 m = kIt로 나타냅니다(k는 전기화학 당량).

문제의 값을 대입하면 m = 1000g(1kg), k = 0.3293×10⁻³ g/C, I = 200A입니다.

시간을 구하면 t = m/(kI) = 1000 ÷ (0.3293×10⁻³ × 200) = 1000 ÷ 0.06586 ≈ 15,184초입니다.

초를 시간으로 바꾸면 15,184 ÷ 3600 ≈ 4.22h입니다. 질량 단위를 g으로 통일하고, 마지막에 초→시간 환산을 잊지 않는 것이 핵심입니다.

이런 문제가 나오면 → m=kIt에서 t=m/(kI)를 세워 대입한 뒤 반드시 ÷3600으로 바꾼다.

근거 : 핵심 공식: $m=kIt$(패러데이 제1법칙).

정답 ④

한 번 쓰고 버리는 건식 전지와 달리, 스마트폰처럼 충전해서 여러 번 쓸 수 있는 전지를 '축전지(2차 전지, 재충전 가능한 전지)'라고 해요.

축전지는 크게 두 가지로 나뉩니다.

① 납축전지(자동차 배터리)

② 알칼리 축전지 ← 이 문제가 묻는 것!

알칼리 축전지의 대표 선수가 바로 '니켈-카드뮴 전지(Ni-Cd 전지)'예요.

나머지 선택지(망간전지, 산화은 전지, 페이퍼 전지)는 전부 1차 전지(한 번 쓰면 끝, 충전 불가)라서 정답이 될 수 없어요.

이런 문제가 나오면 → '축전지 = 충전 가능 = 납축전지 or 알칼리(니켈-카드뮴)'로 짝지어 외웠는지 확인!

근거 : 핵심 공식: 없음(전지 종류 분류 암기).

정답 ②

물에 설탕을 넣으면 녹듯이, 황산구리(CuSO₄)도 물에 녹으면 구리 이온(Cu²⁺, 구리 알갱이가 물에 흩어진 상태)으로 퍼져 있어요.

여기에 전기를 통과시키면, 흩어진 구리 알갱이들이 전자를 받아 다시 구리 금속으로 되돌아가요.

전자를 주는 전극이 음극(마이너스 전극)이니까, 구리 이온들이 음극 구리판에 달라붙어서 금속 구리가 쌓여요.

그래서 음극의 구리판은 점점 두꺼워지고, 반대로 양극(플러스 전극)은 녹아서 얇아져요.

이런 문제가 나오면 → "음극은 얻어서 두꺼워지고(석출), 양극은 잃어서 얇아진다(용해)"로 외우면 돼요.

근거 : 핵심 공식: 없음(전기분해 반응 정성 설명).

정답 ③

서로 다른 두 금속을 접합하고 그 접점에 전류를 흘리면, 줄열(저항열)과는 별개로 접합부에서 열을 흡수하거나 발생하는 현상이 나타납니다. 이것이 펠티에 효과입니다.

전류 방향을 바꾸면 열을 흡수하던 점이 발열하는 점으로 바뀌어 냉각과 가열을 자유롭게 조절할 수 있어, 전자 냉동기(냉장고) 등에 응용됩니다.

오답 중 제벡 효과는 반대로 온도차를 주면 기전력이 생기는 현상(열전대 원리)입니다. 페란티 효과는 무부하 장거리 송전선의 수전단 전압 상승 현상, 초전도는 저항이 0이 되는 현상이라 이 문제와 무관합니다.

이런 문제가 나오면 → '전류를 흘려 열(흡수·발생)이 생기면 펠티에, 온도차로 전류가 생기면 제벡'으로 방향을 구분하세요.

근거 : 핵심 공식: 없음(열전 효과 정성 설명).

정답 ②

전기밥솥을 생각해봅시다. 밥솥이 '1초에 얼마나 세게 일하는가'가 전력(일하는 힘)이고, '한 시간 동안 총 얼마나 일했는가'가 전력량(총 일한 양)입니다.

전력의 단위는 W(와트)입니다.

전력량의 단위는 Wh(와트시)입니다.

전력량은 에너지이므로 다른 에너지 단위로 바꿀 수 있습니다.

1Wh = 3600J이고, 1cal = 4.2J이므로 칼로리로도 환산됩니다.

하지만 W(와트)는 '힘의 세기' 단위라서 '총 일한 양'인 전력량을 와트로 환산할 수는 없습니다.

이런 문제가 나오면 → 전력=W, 전력량=Wh·J·cal라는 단위 구분만 기억하면 됩니다.

근거 : 전력의 단위는 W(와트)이고, 전력량의 단위는 Wh(와트시) 또는 J(줄)이다.

정답 ①

전자레인지로 음식을 데울 때 전기가 열로 바뀌듯이, 전열기(전기로 데우는 기구)도 전기를 쓰는 만큼 열이 나옵니다.

이 열의 양(발열량)은 '전력 × 사용 시간 × 0.24'로 구할 수 있어요.

먼저 단위를 맞춰줍니다.

1.5kW는 1500W (1kW = 1000W)

30분은 초로 바꾸면 30 × 60 = 1800초

이제 곱해봅시다.

0.24 × 1500 = 360

360 × 1800 = 648000cal

마지막으로 cal을 Kcal로 바꾸면(1000cal = 1Kcal)

648000 ÷ 1000 = 648Kcal

이런 문제가 나오면 → 'kW를 W로, 분을 초로 바꾸고 0.24를 곱한다'를 떠올리자!

근거 : 정답 근거: 줄의 법칙(Joule's law)에 의한 발열량은 $H=0.24Pt$[cal] (P: W, t: 초)이다.