개념 한 쪽
건축설비를 다루려면 전기의 기본 단위와 법칙을 알아야 한다. 전압과 전류, 저항, 전력과 일이 어떻게 이어지는지, 전류가 흐를 때 어떤 작용이 생기는지가 출발점이다. 자기장과 전류가 만나는 법칙도 전동기와 발전기를 이해하는 열쇠다.
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출제기준 단원 「전기와 물질」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 법칙 적용 대상 | 1 | 힘의 방향을 정하는 법칙과 쓰임 고르기 |
| 전기 일 계산 | 1 | 전압과 전류, 시간으로 한 일 구하기 |
| 용어·단위 짝짓기 | 1 | 전기 용어와 단위의 연결 가려기 |
전류의 단위는 암페어[A]이고, 전하량의 단위는 쿨롱[C]이다. 전압은 볼트[V], 저항은 옴[Ω], 전력은 와트[W]로 나타낸다. 단위를 용어와 바르게 짝지어야 계산이 흔들리지 않는다.
전압 1V에서 1A의 전류가 1초 동안 하는 일은 1J이다. 전기일은 전압과 전류, 시간을 곱해 구하므로 1V×1A×1s가 1J이 된다. 와트는 일률의 단위이므로 시간을 곱하지 않은 값이다.
회로에서는 직렬과 병렬을 구분한다. 직렬회로는 각 소자에 흐르는 전류가 같고, 병렬회로는 각 소자 양단의 전압이 같다. 병렬회로에서 저항값이 다르면 전류는 저항에 따라 나뉘므로 전류가 같다고 할 수 없다.
전류에는 발열작용, 자기작용, 화학작용의 세 가지 작용이 있다. 절연은 전류를 차단하는 성질이지 전류의 작용이 아니다.
자기장 속에서 전류가 받는 힘의 방향은 플레밍의 왼손 법칙으로 정하며, 전동기에 적용된다. 발전기의 유도기전력 방향은 플레밍의 오른손 법칙으로 구한다.
안전을 볼 때는 저항값의 방향을 구분한다. 절연저항은 클수록 누전 위험이 줄어 안전하고, 접지저항은 작을수록 좋다.
열과 관련된 단위도 구분한다. 열전도율은 W/m·K, 열관류율은 W/m²·K다. 물의 비중량은 약 9,810N/m³이고, 1kg/m³은 밀도의 단위다.
전기 기초 문제는 단위와 법칙의 적용 대상을 바꾸어 놓는다. 전류의 단위를 쿨롱으로 쓰거나, 병렬회로에서 전류가 같다고 하면 틀리다. 전동기에 오른손 법칙을 적용하거나, 절연저항이 작을수록 안전하다고 하는 선지도 함정이다. 열전도율과 열관류율의 단위를 맞바꾸는 것도 어긋난다.
전류가 흐르고 있는 도선에 대해 자기장이 미치는 힘의 작용방향을 정하는 법칙으로 전동기에 적용되는 법칙은?
정답 ④ · 전류가 흐르는 도체에 자기장이 미치는 힘의 방향을 정하는 법칙을 묻는 문제이다. 플레밍의 왼손 법칙은 왼손의 엄지·검지·중지를 서로 수직이 되게 펼쳐 자기장, 전류, 힘의 방향을 나타내는 것으로 전자력이 작용하는 전동기의 원리에 적용된다.
전동기(힘 발생)는 플레밍의 왼손 법칙, 발전기(기전력 발생)는 오른손 법칙을 적용한다.
전압이 1[V] 일 때 1[A]의 전류가 1[s] 동안 하는 일을 나타내는 것은?
정답 ② · 전압 1V에서 1A의 전류가 1초 동안 하는 일의 단위를 묻는 문제이다. 전기일은 W = VIt로 정의되므로 1V × 1A × 1s = 1J이 된다.
일률(W)은 전압(V)과 전류(I)의 곱이며, 여기에 시간(t)을 곱한 것이 일(J)이므로 1V×1A×1s=1J이다.
전기에 관한 용어와 단위의 연결이 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 전기 용어와 단위의 연결이 옳지 않은 것을 고르는 문제이다. 전류의 SI 단위는 암페어(A)이고, 쿨롱(C)은 전하량의 단위이므로 전류와 쿨롱을 연결한 선지는 옳지 않다.
전류의 단위는 암페어[A]이며, 쿨롱[C]는 전하량의 단위이므로 연결이 틀린 것을 고르면 정답이다.
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