개념 한 쪽
전하와 관련된 기본 개념은 전류·전압·저항·전하량의 관계를 규정한다. 전하량은 전류가 시간 동안 운반한 전기량을 의미하고, 전압은 전하가 이동하여 하는 일에 대한 비율로 정의된다. 옴의 법칙은 전압·전류·저항 사이의 비례 관계를 설명하며, 컨덕턴스의 단위는 시멘스(S)로 표기된다.
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출제기준 단원 「전하」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전압에 따른 전류 비례 계산 | 1 | 동일 저항에서 전압 변화에 따른 전류를 비례식으로 구하는 능력 |
| 단위 식별 문제 | 1 | 물리량과 그 단위를 정확히 대응시키는 능력 |
| 전류·저항·전압 정의 판별 | 1 | 전류와 전압, 저항의 기본 관계를 설명하는 문장 식별 능력 |
전하량(Q)은 전류(I)가 일정 시간(t) 동안 흐른 양을 나타내며 Q = I × t 공식을 사용하여 계산한다. 시간 단위는 초(second)로 환산해야 하며 이 단위 변환을 소홀히하면 오답이 발생한다. 예를 들어 분 단위를 초로 변환해 계산하는 절차가 중요하다.
전압(V)은 전하가 이동할 때 한 일(W)을 전기량(Q)으로 나눈 값으로 V = W / Q로 정의된다. 전압은 회로에서 전하를 이동시키는 능력으로 이해할 수 있으며, 일을 전하량으로 나누어 구하는 관계를 항상 기억해야 한다.
옴의 법칙은 저항성 소자에서 전압과 전류가 R에 대해 V = I × R 또는 I = V / R 관계로 성립한다고 설명한다. 동일한 도체에서는 저항이 일정하므로 전압이 몇 배가 되면 전류도 그 배수로 변한다는 비례 관계를 이용해 문제를 풀 수 있다.
컨덕턴스(Conductance)는 저항의 역수로 정의하며 단위는 시멘스(S)이다. 저항 단위가 옴(Ω)이므로 컨덕턴스 단위는 1/Ω이며 이를 시멘스라 부른다. 회로 문제에서는 옴과 시멘스의 역수 관계를 이용하여 단위를 매칭하면 오류를 줄일 수 있다.
대표 계산 1 — 전하량 계산: 전류 5A가 10분간 흐르면 Q = I × t 이므로 t = 10분 = 600초를 대입하여 Q = 5 × 600 = 3000C가 된다. 시간 단위를 초로 바꾸는 절차를 반드시 거쳐 계산해야 한다.
대표 계산 2 — 전압 정의 이용: 어떤 도체에 10C의 전하가 이동하여 50J의 일을 했다면 전압은 V = W / Q이므로 V = 50 / 10 = 5V가 된다. 전압은 일과 전하량의 비율임을 공식을 통해 확인한다.
10V의 전압을 인가할 때 3A의 전류가 흐르는 전선에 25V의 전압을 가하면 몇 A의 전류가 흐르는가?
정답 ④ · 문제는 옴의 법칙에 따라 전압과 전류의 비례 관계를 이용해 전류를 구하는 문제이다. 저항이 일정하다고 가정하면 전류는 전압에 비례하므로 10V에서 3A일 때 저항 R은 R=V/I=10/3 Ω으로 계산된다.
옴의 법칙에 따라 저항은 일정하므로 전압과 전류는 비례하며, 10V에서 3A이므로 25V에서는 7.5A가 흐른다.
단위 S 는 무엇을 나타내는 단위인가?
정답 ① · 문제는 단위 S가 어떤 물리량의 단위인지를 묻고 있다. 시멘스(S)는 전기적 컨덕턴스(전도도)의 국제단위로서 저항의 역수 관계 G=1/R에 따라 정의된다.
컨덕턴스(G)의 단위는 시멘스(S)이며, 저항의 역수 관계에 있다.
“도선에서 두 점사이의 전류의 세기는 그 두 점사이의 전위차에 비례하고 전기저항에 반비례한다. ” 이것은 무슨 법칙을 설명한 것인가?
정답 ② · 문장은 전류가 두 점 사이의 전위차에 비례하고 전기저항에 반비례한다는 관계를 설명하고 있으므로 이는 옴의 법칙을 기술한 것이다. 수식으로는 I=V/R로 표현되며 다른 제시된 법칙들은 전류-전압-저항의 기본 비례관계를 설명하지 않는다.
전류가 전위차에 비례하고 저항에 반비례한다는 서술은 옴의 법칙의 정의와 일치한다.
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