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 상반 정리 — 서로 반대인 짝: 펠티에와 지벡·정특성과 부특성
상반 정리 세트는 반대 방향 짝 개념(펠티에↔지벡, 정특성↔부특성, 비례↔반비례), 누설전류 계산, 저항의 크기와 열량 계산을 묻는다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「상반 정리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 누설전류 산출 | 1 | 절연저항계 전압을 측정 저항으로 나눠 전류를 구한다 |
| 펠티에 효과 지목 | 1 | 접점의 한쪽 발열·다른 쪽 흡열 조건을 지목한다 |
| 금속 저항 온도 관계 판별 | 1 | 금속도체의 온도와 저항의 관계를 가린다 |
뜻
전기 현상에는 방향을 뒤집으면 짝이 되는 관계가 많다 — 두 종류 금속 접합면에 전류를 흘러 접속점에서 발열·흡열이 일어나는 펠티에 효과와, 두 접점에 온도차를 주면 기전력이 생기는 지벡 효과는 서로 역과정 관계다. 펠티에 효과에서 전류 방향을 바꾸면 발열과 흡열이 서로 바뀌고(전자냉장고·소형 냉각소자의 원리), '전류를 넣으면 열이 변한다 / 온도차를 넣으면 전기가 생긴다'로 짝지어 외운다. 한 종류 금속의 온도 구배 부분에서 줄열 외의 발열·흡열이 일어나는 톰슨 효과, 접촉전위차에 관한 볼타 법칙과도 조건으로 가른다.
저항의 온도 특성도 반대 짝으로 나뉜다 — 금속도체는 온도가 오르면 원자의 열진동이 활발해져 자유전자의 산란이 늘어 저항이 커지는 정특성(양의 온도계수, ρt = ρ₀(1+αt))을 가지고, 반도체·전해질·탄소는 온도가 오르면 전하를 운반하는 입자 수가 늘어 저항이 줄어드는 부특성을 보인다. 어느 쪽 재료인지부터 정하면 선지가 바로 걸러진다.
비례와 반비례의 대비도 세트의 축이다 — 도체의 저항은 R = ρℓ/S로 길이와 저항률에 비례하고 단면적에 반비례한다. 간격 50cm 평행 도체판 사이를 저항률 10 Ω·m 물질로 채운 저항도 R = ρd/A로 두께에 비례하는데, '단위 면적당'은 A = 1m²를 뜻하므로 R = 10×0.5/1 = 5Ω이다. 정전용량 C = εA/d는 두께에 반비례해 저항과 정반대다.
기본 계산도 함께 묻는다 — 절연저항의 누설전류는 옴의 법칙 그대로 I = V/R로, 직류 500V에 2MΩ이면 I = 500/(2×10⁶) = 250μA다(MΩ→Ω, A→μA의 10⁶ 자릿수 환산이 걸름돌). 전류의 정의는 I = Q/t로 3초 동안 30C가 통과하면 10A이고, 전력의 열량 환산은 Q[kcal] = Pt/4186로 1.2kW를 45분 쓰면 약 774 kcal다.
예제
① 누설전류 — I = V/R = 500/(2×10⁶) = 2.5×10⁻⁴ A = 250μA. ② 평행판 저항 — R = ρd/A = 10×0.5/1 = 5Ω(50cm = 0.5m, 단위 면적 A = 1m²).
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
- 펠티에 효과와 지벡 효과는 어떤 관계인가?
- 서로 역과정 관계이다. 펠티에는 접합점에 전류를 흘러 열이 발생·흡수되는 것이고 지벡은 접점에 온도차를 주면 기전력이 생기는 것이다. 펠티에에서 전류 방향을 바꾸면 발열과 흡열이 서로 바뀐다.
- 금속도체와 반도체의 온도 특성은?
- 금속도체는 온도가 오르면 저항이 커지는 정특성, 반도체·전해질은 온도가 오르면 저항이 줄어드는 부특성이다. 금속은 열진동이 커져 산란이 늘고 반도체는 운반 입자가 늘기 때문이다.
- 누설전류는 어떻게 구하는가?
- I = V/R이다. 500V에 2MΩ이면 250μA로, 메가옴과 마이크로암페어의 10⁶ 자릿수 환산만 정확히 하면 된다.
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