직류 500V 절연저항계로 절연저항을 측정하니 이 되었다면 누설전류()는?
- 25
- 250
- 1000
- 1250
정답과 해설 보기
정답 ② · 옴의 법칙: **오답 소거**: 단위 변환(, )에서 자릿수를 잘못 맞추면 25, 1000 등의 오답이 나온다. **핵심공식**: , 절연저항 측정의 기본 원리.
누설전류는 옴의 법칙 I=V/R로 구하며 500V÷2MΩ=250μA이다.
개념 한 쪽
전기산업기사 전류와 전류밀도 — I=Q/t·열전 3효과·줄열 환산
전류는 단위시간에 통과한 전하량 I = Q/t로 정의된다. 세트 문항에서는 이 정의 계산과 함께 열전 3효과(제벡·펠티에·톰슨), 저항의 온도 특성, 전력-열량 환산이 반복해서 나온다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「전류와 전류밀도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 누설전류 계산 | 1 | 옴의 법칙으로 누설전류 구하기 |
| 효과 구분 | 1 | 발열·흡열과 기전력 현상 이름 고르기 |
| 온도 특성 판단 | 1 | 금속도체의 온도·저항 관계 고르기 |
뜻
전류는 1초 동안 도체 단면을 통과한 전하량으로 I = Q/t [A]다. 단면적 5 m²인 도체를 3초에 30 C가 통과했으면 I = 30/3 = 10 A이고, 단면적은 전류밀도 J = I/S를 구할 때만 쓰는 정보다. 누설전류도 옴의 법칙으로 구한다. 직류 500 V 절연저항계로 2 MΩ을 측정했으면 I = V/R = 500/(2×10⁶) = 250 μA다(1 MΩ = 10⁶ Ω 환산이 핵심).
열전 3효과는 조건으로 가른다. 두 금속 접합면에 전류를 흘리면 접점에서 발열·흡열이 일어나는 것이 펠티에 효과(전류 방향을 바꾸면 발열과 흡열이 바뀐다), 두 금속 접점에 온도차를 주면 기전력이 생기는 것이 제벡 효과, 한 종류 금속 도체의 온도 구배 부분을 전류가 흐를 때 줄열 외의 발열·흡열이 일어나는 것이 톰슨 효과다. 볼타 법칙은 접촉전위차에 관한 것으로 온도 구배와 무관하다. 「전류→열은 펠티에, 온도차→기전력은 제벡」으로 방향을 묻는다.
도체의 저항은 R = ρℓ/S로 길이에 비례, 단면적에 반비례하며 저항률이 클수록 크다. 금속도체는 온도가 오르면 격자의 열진동이 활발해져 자유전자 산란이 늘어 저항이 증가하는 정특성(양의 온도계수, ρt = ρ₀(1+αt))을 가지고, 반도체·전해질은 온도가 오르면 저항이 줄어드는 부특성이다. 평행 도체판 사이 물질의 저항은 R = ρd/A로 두께에 비례하는데(정전용량 C = εA/d와 반대), 간격 50 cm·저항률 10 Ω·m·단위 면적(A=1 m²)이면 10×0.5/1 = 5 Ω이다. 전열기 열량은 W = Pt를 초 단위로 계산한 뒤 4186으로 나눈다. 1.2 kW를 45분(2700초) 쓰면 W = 3,240,000 J, Q ≈ 774 kcal다(1 cal = 4.186 J).
예제
정의 계산 문제는 쓰지 않는 숫자(단면적 등)를 걸러내는 함정형이다. 열전 효과는 「접합면+전류=펠티에, 접합면+온도차=제벡, 한 가닥+온도구배=톰슨」 3분할로 즉답한다. 전력-열량 환산은 「초 환산 → J/4186」 2단계 고정이고, 저항·정전용량은 두께가 분자냐 분모냐로 구분한다.
대표 기출 3문항
두 종류의 금속으로 된 폐회로에 전류를 흘리면 양 접속점에서 한쪽은 온도가 올라가고 다른 쪽은 온도가 내려가는 현상을 무엇이라 하는가?
- 볼타(Volta) 효과
- 지벡(Seebeck) 효과
- 펠티에(Peltier) 효과
- 톰슨(Thomson) 효과
정답과 해설 보기
정답 ③ · 서로 다른 두 금속으로 만든 폐회로에 전류를 흘리면 한쪽 접속점에서는 발열, 다른 쪽 접속점에서는 흡열이 일어나는 현상을 펠티에(Peltier) 효과라 한다. 반대로 온도차를 주어 기전력을 발생시키는 것은 지벡(Seebeck) 효과, 동일 금속 내 온도구배와 전류가 있을 때 열 발생/흡수가 일어나는 것은 톰슨(Thomson) 효과, 이종 금속 접촉면에서 전위차가 생기는 것은 볼타(Volta) 효과이다.
전류로 접점 한쪽 발열·한쪽 흡열은 펠티에 효과, 온도차로 기전력은 지벡 효과다.
금속도체의 전기저항은 일반적으로 온도와 어떤 관계인가?
- 전기저항은 온도의 변화에 무관하다.
- 전기저항은 온도의 변화에 대해 정특성을 갖는다.
- 전기저항은 온도의 변화에 대해 부특성을 갖는다.
- 금속도체의 종류에 따라 전기저항의 온도 특성은 일관성이 없다.
정답과 해설 보기
정답 ② · 금속도체의 전기저항은 온도가 상승하면 자유전자의 열진동(격자 산란)이 증가하여 저항이 커지는 정특성(양의 온도계수)을 갖는다. 이는 반도체나 전해질(부특성, 온도 상승시 저항 감소)과 반대되는 특성이다.
금속도체는 온도 상승 시 열진동이 커져 저항이 증가하는 정특성(양의 온도계수)을 갖는다.
자주 묻는 물음
- 전류의 정의와 계산은 어떻게 하나요?
- I = Q/t로 1초 동안 통과한 전하량입니다. 3초에 30 C이면 10 A입니다. 단면적은 전류 계산에 쓰지 않고 전류밀도 J = I/S를 구할 때만 씁니다.
- 펠티에·제벡·톰슨 효과는 어떻게 구분하나요?
- 두 금속 접합면에 전류를 흘려 발열·흡열이 일어나면 펠티에, 온도차로 기전력이 생기면 제벡, 한 종류 도체의 온도 구배 부분에서 줄열 외 발열·흡열이 일어나면 톰슨 효과입니다. 펠티에와 제벡은 서로 역과정 관계입니다.
- 전력을 열량으로 바꾸는 방법은요?
- 시간을 초로 바꿔 W = Pt[J]를 구한 뒤 4186으로 나누면 kcal가 됩니다. 1.2 kW를 45분 쓰면 약 774 kcal입니다. 근사식 Q[kcal] ≈ 0.24×P[W]×t[s]/1000로도 거의 같은 값이 나옵니다.
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