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우리 생활 주변 도처에 깔려 있는 것이 전기 전자제품이다. 그러나 전자기의 원리나 활용을 제대로 익힌 사람은 적다. 10문제중 0~3문제를 맞추면 분발대상, 4~6문제면 보통, 7문제이상 맞추면 우수한 수준이다.

문제

1. 높은 전압을 가하지 않더라도 동시에 많은 전류가 흐르는 경우가 있을 수 있는가?
①있다 ②없다

2. 빵을 굽는 토스터가 내부에서 합선이 되면 적산 전력계에 연결된 휴즈가 녹아 버릴 것이다. 백열전구를 그림과 같이 연결하여 토스터를 사용한다면 휴즈는 어떻게 되겠는가?
①녹지 않을 것이다. ②녹을 것이다. ③가끔 녹을 것이다.
 

3. 백열전구 A,B가 있다. 전구 B의 필라멘트가 전구 A의 필라멘트보다 두껍다는 것을 제외하고는 동일하다. 만약 이 두 전구를 각각 1백V 전원에 연결하여 사용하면 어느 것이 더 밝겠는가?
①A ②B ③밝기가 같다.

4. 그림과 같은 전기회로에 A,B라는 참새 두 마리가 앉아 있다고 하자. 이때 스위치를 닫으면 어느 참새가 충격을 받겠는가?
①A ②B ③둘 다
 

5. 1988년에 한국전력주식회사에 의헤 우리나라의 가정에 공급된 전자의 수는 얼마나 되겠는가?
①셀 수 없을 정도 ②${10}^{20}$개 ③없다.

6. 철막대를 전선 코일로 감고 있다. 다음 중 맞는 설명은?
①전선 코일에 전류가 흐르면 철 막대는 자석이 된다.
②철 막대가 자석이라면 전선 코일에 전류가 흐른다.
③둘 다 맞다.

7. 변압기는 다음 중 어느 것을 변화시키기 위해 사용되는가?
①전기에너지 ②전력 ③전압

8. 그림과 같이 배터리가 변압기에 의해 전구에 연결되어 있다. 다음 중 옳은 것은?
①스위치가 닫혀 있으면 전구에 불이 들어온다.
②이런 연결로는 전구에 전혀 불이 들어오지 않는다.
③스위치가 닫힐 때와 열릴 때 순간적으로 불이 들어온다.
 

9. 그림과 같은 전기회로에서 철막대를 코일에 끼워 넣으면 전구의 불빛은 어떻게 되는가?
①더 밝아진다.
②더 어두워진다.
③변화가 없다.
 

10. 패러데이의 전기가 유도법칙은 자기장이 시간에 따라 변화하면 전압과 전류가 유도된다는 것이다. 맥스웰은 이것을 장(field)의 개념으로 '변화하는 자기장은 전기장을 유도한다'라고 표현하였다. 그렇다면 변화하는 전기장은 자기장을 유도하는가?
①그렇다. ②그렇지 않다
③경우에 따라 다르다

정답

1.(1) 오옴의 법칙i=$\frac{V}{R}$에 의하면 전류의 세기는 저항에 반비례하고 전압에 비례한다. 따라서 낮은 전압을 가하더라도 저항을 매우 작게 하면 많은 전류가 흐를 수 있다. 예컨대 초전도체(온도를 낮추면 저항이 거의 없어지는 물질)에서는 작은 전압으로 매우 큰 전류를 생성시킬 수 있다.

2.(1) 토스터 내부에 있는 가열부분은 저항역할을 하며 이것은 적당한 전류가 흐르게 한다. 만약 토스터 내부의 두 전선이 접촉하여 합선되면 대단히 큰 전류가 흘러 휴즈가 녹아 버릴 것이다. 그런데 전구가 그림과 같이 연결되면 토스터 내부가 합선되더라도 전구의 저항에 의해 많은 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서 휴즈는 녹지 않을 것이다.

3.(2) 전구의 밝기는 전구가 소모하는 전력에 해당한다. 전력은 전류×전압이다(P=iV). 오옴의 법칙에 의하면 전류 i=$\frac{V}{R}$이므로 P=$\frac{V²}{R}$이다. 두 전구에 걸리는 전압이 같으므로 전력은 저항에 반비례한다. 그리고 저항은 필라멘트의 굵기에 반비례하고 길이에 비례한다(R∝$\frac{ℓ}{S}$;ℓ은 길이,S는 굵기). 그러므로 B전구가 A전구보다 저항이 작고, 전력은 클 것이다. 따라서 B가 더 밝다.

4.(1) 스위치를 닫으면 도선에 전류가 흐르고 A참새의 두 다리 사이에는 백열전구에 걸리는 전압만큼 전압이 가해진다. 따라서 참새를 통해 전류가 흐르므로 전기 충격을 받는다. 그러나 B참새의 두 다리 사이에는 전압이 걸리지 않으며, 따라서 참새를 통해 전류가 흐르지 않으므로 전기충격을 받지 않는다.

5.(3) 전자가 발전소에서 전선을 통해 가정의 콘센트로 전달되는 것이 아니다. 콘센트에 전기기구의 플러그를 꽂으면 전기에너지가 콘센트로부터 전기기구로 전달되고, 그 에너지에 의해 전기기구에 원래 있던 전자들이 움직여 전기기구가 작동한다. 따라서 전력회사는 전기에너지를 공급하는 것이지 전자를 공급하는 것은 아니다.

6.(1) 철 막대를 감고 있는 전선에 전류가 흐르면 그것은 전자석이 된다(패러데이의 실험). 그러나 코일 안에 자석이 고정되어 있으면 코일에 전류가 흐르지 않으며, 코일 안에서 움직일 때만 전류가 흐른다. 전류를 만드는 데는 에너지가 필요하고 그 에너지는 자석 또는 코일을 움직이는 힘으로부터 얻어진다(전자기 유도법칙).

7.(3) 변압기는 전력이나 전기에너지의 공급원이 아니다. 따라서 들어간 전력, 전기에너지보다 많은 전력, 전기에너지가 나올 수 없다. 다만 많은 전류를 유발하는 작은 전압을, 작은 전류를 유발하는 큰 전압으로(또는 그 역으로)전환할 수 있다.

8.(3) 변압기에서 1차코일에 흐르는 전류의 시간에 따른 변화에 의해 철 내부의 자기장의 변화를 초래한다. 이 자기장의 변화는 2차코일에 전류가 흐르게 한다. 스위치가 닫혀 있으면 배터리에서 나오는 전류는 직류이므로 전류가 시간에 따라 변하지 않는다. 따라서 2차코일에 전류가 유도되지 않으므로 전구에 불이 들어오지 않는다. 스위치가 닫히거나 열리는 순간에는 1차코일의 전류가 변화하므로 자기장이 변한다. 그러므로 전류가 전구에 흐르며 전구에 불이 들어온다.

9.(2) 직렬연결회로에서는 전원전압은 코일과 전구에 걸리는 전압의 합과 같다. 철은 자기장을 더 강하게 하며, 코일 속에는 자기장의 변화가 크면 코일에 걸리는 전압이 커진다. 그러므로 철 막대를 코일에 넣으면 코일에 걸리는 전압은 커지고 전구에 걸리는 전압은 작아져서 전구의 불빛은 더 어두워진다.

10.(1) 전자기이론의 진정한 핵심은 바로 '변화하는 자기장은 전기장을 유도하고, 변화하는 전기장은 자기장을 유도한다'는 것이다. 이것은 바로 전기장이나 자기장이 우주에 한번 존재하면 영원불멸한다는 뜻이다. 소멸하는 장은 변화하는 장이므로 이것은 반대 종류의 새로운 장을 반드시 만들어야 한다.