개념 한 쪽
정전기는 마찰, 분리, 유동 등으로 전하가 한곳에 쌓여 갑작스러운 방전이 일어나는 현상으로, 전기화재의 원인이나 증거 판정에서 중요한 단서가 된다. 접지로 전하를 흘려보내거나 습도를 높이는 등 발생을 줄이거나 제거하는 방법을 사용하여 화재 예방과 원인 규명을 돕는다.
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출제기준 단원 「정전기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정전기 방지 수단 판별 | 1 | 방지책과 유발 요인을 구분하여 틀린 설명 찾기 |
| 절연체 열화 명칭 확인 | 1 | 절연물이 탄화하여 도전성으로 변하는 현상의 명칭을 고르기 |
| 대전 메커니즘 용어 연결 | 1 | 물리적 상황에 맞는 대전형태를 대응시키기 |
정전기는 서로 다른 물질의 접촉과 분리에 의해 전하가 이동하여 발생하는 현상이다. 대표적 발생 메커니즘에는 마찰대전, 박리대전, 유동대전, 분출대전, 유도대전 등이 있으며, 각 메커니즘은 물리적 조건에 따라 구분된다. 예를 들어, 서로 밀착되어 있던 물체가 떨어지거나 벗겨질 때 발생하는 것은 박리대전으로 정의한다.
정전기 방지 대책은 전하를 흘려보내거나 전하 발생을 억제하는 데 초점을 맞춘다. 가장 기본적인 방법은 접지로 전하를 땅으로 흘려보내는 것이며, 공기 중 습도를 높이면 정전기 발생이 억제된다. 또한 물질에 도전성을 부여하여 전하가 쉽게 소산되도록 하는 조치도 유효하다.
유체가 배관을 통해 흐를 때는 유속이 빠르면 파이프 벽과의 마찰이 커져 정전기 발생이 촉진되므로 유속을 늦추어 마찰을 줄이는 것이 방지 수단에 포함된다. 이 점은 이송 중인 유체로 인한 대전 현상을 평가할 때 중요한 판단 근거가 된다.
정전기 관련 현상은 전기화재 감식에서 원인 규명과 증거 판정에 직접적인 영향을 준다. 예컨대 절연물이 소규모 방전이나 고온의 불꽃에 의해 탄화하여 도전성 물질로 변하는 현상은 흑연화로 불리며, 이는 절연 열화에 따른 전기적 문제를 설명하는 명칭이다.
정전에너지와 정전용량, 전압 사이의 관계는 에너지 평가나 사고 재구성에서 활용된다. 정전에너지 W는 정전용량 C와 전압 V의 제곱에 비례하며 W=1/2·C·V² 관계가 성립하므로, 두 물리량이 주어지면 다른 하나를 계산하여 대전 상태를 추정할 수 있다.
정전에너지와 전압 사이의 계산 문제는 W=1/2·C·V² 공식을 변형하여 풀이한다. 예를 들어 정전용량 C가 40μF이고 정전에너지 W가 80J일 때 전압 V는 V=√(2W/C)로 구하면 2000V가 된다. μF를 F로 단위 변환하는 과정을 잊지 않아야 한다.
정전기 발생 원인 구분 문제에서는 키워드로 빠르게 연결한다. '벗겨짐/분리'는 박리대전, '유동/배관'은 유동대전, '분출/좁은 구멍'은 분출대전, '근접 도체 전하 재분배'는 유도대전으로 각각 대응한다.
정전기 방지 설명 중 오답을 판별할 때는 '전기를 흘려보내거나 발생을 줄이는가'를 기준으로 삼는다. 접지·습도 증가·도전성 첨가·유속 저지 등이 방지책이며, 빠른 유속은 정전기 발생을 촉진하므로 방지책에 해당하지 않는다.
정전기를 방지하기 위한 대책으로 틀린 것은?
정답 ④ · 문제는 정전기 발생을 억제하기 위한 대책 중에서 적절하지 않은 것을 찾는 것이다. 정전기 제거 방법으로는 접지를 통해 전하를 흘려보내기, 공기 습도를 높여 표면 누설을 촉진하기, 비전도성 재료에 도전성 첨가제를 넣어 표면 저항을 낮추는 방법 등이 있다.
정전기 방전을 막으려면 접지, 습도 유지, 도전성 첨가, 유속 저지가 필요하며 빠른 유속은 정전기 발생을 촉진한다.
절연물이 소규모 방전 또는 고온의 불꽃에 의해 탄화되어 도전성 물질로 되는 것은?
정답 ② · 문제는 절연물이 소규모 방전이나 고온 불꽃으로 탄화되어 전도성을 띠게 되는 현상의 명칭을 묻고 있다. 절연체가 탄화되어 흑연과 유사한 도전성 상태가 되는 현상은 흑연화라고 하며 이는 절연체의 열화로 인해 발생한다.
절연물이 고온이나 스파크에 의해 탄화되어 전기가 통하는 흑연 상태로 변하는 현상을 흑연화라고 한다.
서로 밀착되어 있는 물체가 떨어지거나 벗겨져 떨어질 때 전하분리가 일어나 정전기가 발생하는 현상은?
정답 ① · 문항은 서로 밀착된 물체가 분리될 때 발생하는 전하 분리 현상의 명칭을 묻고 있다. 두 표면이 붙어 있다가 떨어질 때 표면 전하가 분리되어 정전기가 발생하는 현상은 박리대전이라고 하며, 이는 접착제 떼기나 필름 벗김 등에서 흔히 발생한다.
서로 밀착된 물체가 분리될 때 표면의 전하 불균형으로 정전기가 발생하는 현상을 박리대전이라고 한다.
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