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 전력과 줄열 — 열량 환산·저항의 온도 변화·줄열 밖의 발열
전력과 줄열 세트는 전력을 열량으로 환산하는 계산, 줄열로 인한 저항의 온도 변화(정특성), 누설전류와 저항 계산, 줄열 외의 발열 현상을 묻는다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「전력, 줄열」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 누설전류 산출 | 1 | 절연저항계의 전압과 저항으로 전류를 구한다 |
| 펠티에 효과 명칭 선택 | 1 | 접점의 발열·흡열 조건에 맞는 효과 이름을 고른다 |
| 도체 저항 온도 관계 | 1 | 금속도체의 온도와 저항의 관계를 가린다 |
뜻
전력이 시간 동안 쌓여 열이 된다 — 전기에너지는 W = Pt[J]이고, 줄의 법칙에 따라 1 cal = 4.186 J이므로 열량은 Q[kcal] = Pt/4186로 환산한다. 1.2kW 전열기를 45분(2700초) 쓰면 W = 1200×2700 = 3.24×10⁶ J, Q ≈ 774 kcal다. 근사식 Q[kcal] ≈ 0.24×P×t/1000로 잡아도 거의 같은 값이 나온다 — '초 환산 → 4186으로 나누기' 두 단계가 고정 패턴이다.
줄열이 도체를 데우면 저항이 달라진다 — 금속도체는 온도가 오르면 원자의 열진동이 활발해져 자유전자의 산란이 늘어 저항이 커지는 정특성(양의 온도계수)을 가지고, 저항률은 ρt = ρ₀(1+αt)로 함께 커진다. 반도체·전해질·탄소는 반대로 온도가 오르면 전하를 운반하는 입자 수가 늘어 저항이 줄어드는 부특성이다. 저항의 크기 자체는 R = ρℓ/S로 길이와 저항률에 비례하고 단면적에 반비례하며, 간격 50cm 평행 도체판 사이를 채운 물질은 R = ρd/A로 두께에 비례해 단위 면적당 10×0.5/1 = 5Ω이다(정전용량 C = εA/d는 두께에 반비례해 방향이 반대).
전류의 기본 계산도 세트에 딸린다 — 전류의 정의는 I = Q/t로 3초 동안 30C가 통과하면 10A이고(단면적은 전류밀도용 정보), 절연저항의 누설전류는 I = V/R으로 직류 500V에 2MΩ이면 500/(2×10⁶) = 250μA다.
줄열과 구분되는 발열·흡열이 열전 효과다 — 한 종류 금속의 온도 구배 부분을 전류가 지날 때 줄열 외의 발열·흡열이 일어나는 것이 톰슨 효과이고, 두 종류 금속 접합면에 전류를 흘러 접속점에서 발열·흡열이 일어나는 것이 펠티에 효과(전류 방향을 바꾸면 서로 바뀌고 전자냉장고·소형 냉각소자의 원리)다. 두 접점의 온도차로 기전력이 생기는 지벡 효과는 펠티에의 역과정이고, 접촉전위차에 관한 것은 볼타 법칙이다.
예제
① 발생 열량 — Q = Pt/4186 = 1200×2700/4186 ≈ 774 kcal. ② 누설전류 — I = V/R = 500/(2×10⁶) = 2.5×10⁻⁴ A = 250μA.
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
- 전력 사용량을 발생 열량으로 바꾸는 식은?
- Q[kcal] = Pt/4186이다. 시간을 초로 바꿔 전력을 곱한 뒤 4186으로 나눈다. 1.2kW를 45분 쓰면 약 774 kcal이다.
- 줄열 외의 발열·흡열 현상은?
- 톰슨 효과이다. 한 종류 금속 도체의 온도 구배 부분을 전류가 흐를 때 줄열과 별개로 발열 또는 흡열이 일어난다. 접합부에서 일어나는 펠티에 효과와 조건이 다른다.
- 금속도체가 데워지면 저항은?
- 커진다. 열진동이 활발해져 자유전자의 산란이 늘기 때문으로 정특성이라 하고, 반도체·전해질은 반대로 저항이 줄어드는 부특성이다.
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