개념 한 쪽
전기는 자기장과 도선이 서로 작용할 때 생기거나 힘으로 바뀐다. 전류가 흐르는 도선이 자기장 속에서 힘을 받으면 전동기가 되고, 도선이 자기장을 지나며 전압이 생기면 발전기가 된다. 두 경우에 쓰는 법칙이 서로 다르다.
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출제기준 단원 「전기의 발생」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 |
| 직렬 전압 계산 | 1 | 합성저항과 전류로 가해진 전압 구하기 |
전류가 흐르는 도선에 자기장이 미치는 힘의 방향은 플레밍의 왼손 법칙으로 정하고, 이 원리가 전동기에 적용된다. 발전기에서 유도기전력의 방향을 알 때는 플레밍의 오른손 법칙을 쓴다. 왼손은 힘을 받는 쪽, 오른손은 전압이 생기는 쪽으로 구분한다.
전압 1V에서 1A의 전류가 1초 동안 하는 일은 1J이다. 전기일은 전압과 전류, 시간을 곱해 구하므로 1V×1A×1s가 1J이 된다.
회로에서 저항을 직렬로 잇으면 합성저항이 커진다. 5Ω, 7Ω, 8Ω을 직렬로 연결한 회로에 5A를 흘리려면 합성저항 20Ω에 전류 5A를 곱해 100V의 전압을 가해야 한다.
안전을 볼 때는 저항값이 커야 좋은 것과 작아야 좋은 것을 구분한다. 절연저항은 전기가 새어 나가지 않도록 막는 저항이므로 클수록 안전하다.
전기 발생 문제는 법칙의 적용 대상을 바꾸어 놓는다. 전동기에 오른손 법칙을, 발전기에 왼손 법칙을 적용하면 틀리다. 1V와 1A가 1초 동안 한 일을 1W로 쓰거나, 직렬저항을 더하지 않고 평균을 내는 선지도 함정이다. 절연저항이 작을수록 안전하다고 하는 설명도 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.
저항 5Ω, 7Ω, 8Ω을 직렬로 접속된 회로에 5A의 전류가 흐르려면 가해진 전압 V은 얼마인가?
정답 ② · 직렬 접속된 저항 회로에 흐르는 전류로부터 가해진 전압을 구하는 기초 문제이다. 직렬 회로의 총저항은 각 저항의 단순 합이므로 R = 5 + 7 + 8 = 20Ω이다.
직렬 회로의 총저항은 각 저항의 합이며, 옴의 법칙 V=IR로 전압을 구한다.
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