개념 한 쪽
정전기는 두 물질이 접촉했다 떨어질 때 전하가 분리되며 생긴다. 얼마나 쌓이는지는 대전서열의 차이와 표면 상태, 분리 속도 같은 물리적 조건이 좌우한다. 발생 원리를 구분하고 방전 에너지를 계산하는 문제가 함께 나온다.
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출제기준 단원 「정전기의 발생현상」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 대전서열과 발생량 관계 판단 | 1 | 발생량과 관련된 설명 중 옳지 않은 것을 가리기 |
| 발생 요인과 무관한 조건 찾기 | 1 | 발생에 영향을 주는 요인 중 가장 관계가 먼 것을 가리기 |
| 발생요인과 방지 요소 구분 | 1 | 발생요인이 아닌 것을 가리기 |
정전기는 두 물질이 접촉했다 분리될 때 전하가 한쪽으로 이동하며 쌓이는 현상이다. 이때 대전서열표에서 두 물질의 서열 차이가 클수록 전자가 쉽게 이동해 발생량이 많아진다. 서열이 가까우면 전자 이동이 어려워 발생량이 적어진다.
발생량은 물리적 접촉 조건에도 좌우된다. 접촉 면적이 넓고 압력이 강할수록, 분리 속도가 빠를수록 전하가 많이 분리되어 정전기가 많이 생긴다. 표면 오염의 영향은 오염물의 성질에 따라 달라진다. 표면의 거칠음, 오염, 산화물 등은 정전기 발생을 증가시키기도 한다.
발생 요인과 무관한 조건을 가려내는 문제가 나온다. 온도나 외부 공기의 풍속은 정전기가 발생하는 물리적 메커니즘의 주요 변수로 다루어지지 않는다. 도전성 재료도 마찬가지로, 전하가 즉시 분산되어 쌓이지 않으므로 발생 요인이 아니라 방지 요소에 해당한다.
대전 현상은 발생 원리에 따라 이름이 붙는다. 교반대전은 액체를 교반할 때, 충돌대전은 입자가 부딪힐 때, 박리대전은 접착된 물체를 떼어낼 때 생긴다. 마찰대전은 고체 표면을 문지를 때, 분출대전은 유체가 노즐을 통해 빠르게 나올 때 생긴다. 방전은 이렇게 쌓인 정전기가 터져나가는 결과 현상이므로 발생 원인과 구분한다.
쌓인 정전기가 방전될 때의 에너지는 축전기 공식으로 구한다. 전압과 정전용량을 대입해 계산하며, 단위를 볼트와 패럿으로 맞춘 뒤 결과를 밀리줄로 환산한다.
정전기 문제는 대전서열의 비례 관계를 뒤집어 놓는다. 서열 차이가 가까울수록 발생량이 많다고 하거나, 서열 차이가 클수록 적다고 하면 틀린다. 서열이 가까우면 적고 멀수록 많다는 관계를 기준으로 선지를 가려낸다.
발생 요인을 묻는 문제에서는 접촉면적, 분리속도, 표면 상태 같은 접촉 조건과 온도, 풍속, 도전성 재료를 섞어 놓는다. 접촉과 분리 과정에 관여하지 않는 조건이 발생 요인이 아닌 것으로 정답이 된다. 대전 현상의 이름을 묻는 문제에서는 교반, 충돌, 박리, 분출 같은 원인과 방전이라는 결과를 구분하고, 원리 명칭으로 쓰이지 않는 용어를 가려낸다.
방전 에너지 계산 문제는 단위 변환에서 갈린다. 전압을 볼트로, 정전용량을 패럿으로 바꾼 뒤 제곱 항을 계산하고, 줄을 밀리줄로 환산하는 과정을 빠뜨리면 오답 선지에 걸린다.
정전기의 발생에 영향을 주는 요인중에서 가장 관계가 먼 것은?
정답 ④ · 정전기는 두 물질이 접촉 후 분리될 때 주로 발생하며, 이는 물질의 표면 상태, 분리 속도, 그리고 물질 고유의 특성(대전열 등)에 큰 영향을 받습니다. 물질 자체의 온도는 일반적인 정전기 발생량의 주요 변수로 다루어지지 않으므로 관계가 가장 멀다.
정전기 발생은 접촉 분리 시 표면, 속도, 특성에 영향을 받으나 온도는 영향이 적다.
정전기 발생요인이 아닌 것은?
정답 ① · 이 문제는 정전기를 일으키는 주요 발생 메커니즘과 그에 해당하지 않는 조건을 묻고 있다. 정전기는 두 물체 사이의 접촉과 분리 과정에서 전하가 이동하며 발생하므로 마찰, 박리, 유동, 분출 등이 대표적인 발생 요인으로 작용한다.
도전성 재료는 전하가 쉽게 이동하므로 정전기가 쌓이지 않아 정전기 발생요인이 아니며, 박리·유동·마찰은 모두 정전기를 발생시키는 주요 요인이다.
정전기 발생량과 관련된 다음 내용 중 옳지 않은 것은?
정답 ① · 문제는 정전기 발생량에 영향을 주는 요인 중 옳지 않은 것을 고르라는 것이다. 정전기 발생은 접촉면적, 접촉압력, 분리속도 등이 증가할수록 커지며 표면 오염은 일반적으로 절연성 오염이면 정전기를 증가시키고 도전성 오염은 누설을 유도해 감소시킬 수 있으나 보통 오염이 있을 때 정전기 발생이 증가한다고 보는 경우가 많다.
대전서열이 가까울수록 전자 이동이 어려워 정전기 발생이 적으므로, 서열 차이가 클수록 발생량이 많아진다.
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