[소방설비기사 전기] 자주 나오는 문제 · 최근 10회 중 2·3회 (178) 시험지 PDF 다운로드

억제소화(부촉매소화)는 할론·분말 소화약제가 연쇄반응의 활성 라디칼(H·, OH·)을 포착해 연쇄반응 자체를 차단하는 화학적 소화이다.
② 억제소화 : 불활성기체를 방출하여 연소범위 이하로 낮추어 소화하는 방법 — 은 불활성가스로 산소농도를 낮추는 질식소화의 설명이므로 틀렸다.
나머지 ① 포·불연성가스에 의한 산소공급 차단(질식), ③ 물의 증발잠열에 의한 온도저하(냉각), ④ 가연성 가스 분출화재의 연료공급 차단(제거)은 모두 옳은 설명이다.

「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」의 방화구획 설치기준에 따르면 10층 이하의 층은 바닥면적 $1{,}000\,\mathrm{m^2}$ 이내마다 구획하되, 스프링클러 등 자동식 소화설비를 설치한 경우에는 그 기준면적의 3배인 $3{,}000\,\mathrm{m^2}$ 이내마다 구획한다.
따라서 정답은 ③ 3,000이다. ① 1,000은 스프링클러를 설치하지 않은 경우의 기준면적이다.

푸리에의 열전도 법칙은 $q = k A \dfrac{\Delta T}{L}$로 표현된다. 이동열량은 열전도도 $k$, 단면적 $A$, 온도차 $\Delta T$에 비례하고 전열체의 두께 $L$에는 반비례한다.
따라서 틀린 설명은 ① 이동열량은 전열체의 두께에 비례한다이다. 두께가 두꺼울수록 열저항이 커져 전달되는 열량은 오히려 줄어든다. ②·③·④는 위 식에서 모두 비례관계로 옳다.

조연성(지연성)가스는 자신은 타지 않으나 다른 물질의 연소를 도와주는 가스로 산소, 오존, 불소, 염소 등 산화력이 큰 기체가 해당한다.
따라서 ① 산소·불소·염소가 모두 조연성가스로 옳다.
② ④의 질소와 ③ ④의 이산화탄소는 더 이상 산화되지 않는 불연성(불활성)가스여서 조연성으로 볼 수 없으므로, 오존이 포함된 ③도 이산화탄소 때문에 답이 되지 못한다.

① 아세틸렌($\mathrm{C_2H_2}$)은 연소범위가 2.5~81%로 매우 넓은 가연성 가스이므로 소화약제로 사용할 수 없다.
② 이산화탄소는 불연성 가스로 질식소화, ③ Halon 1211($\mathrm{CF_2ClBr}$)과 ④ Halon 1301($\mathrm{CF_3Br}$)은 할로겐 원소의 부촉매(억제) 작용으로 소화하는 대표적 소화약제이다.

화재는 가연물의 종류에 따라 A급(일반화재, 백색), B급(유류·가스화재, 황색), C급(전기화재, 청색), D급(금속화재, 무색)으로 분류한다.
유류화재는 질식소화가 주된 소화방법이며 주수소화 시 화재 확대 위험이 있다.
따라서 정답은 ③ B급 화재이다.

이산화탄소로 질식소화할 때 필요한 $CO_2$ 농도는 방사 후 산소 농도로부터 구한다. 공식은 $CO_2(\%)=\dfrac{21-O_2}{21}\times 100$이다.
$\dfrac{21-12}{21}\times 100=\dfrac{9}{21}\times 100\approx 42.86$이므로 ③ 42.86%가 정답이다. 이는 공기 중 산소가 원래 21%임을 기준으로 산소를 12%까지 낮추는 데 필요한 이산화탄소의 상대 농도이다.

물의 주된 소화효과는 냉각효과이다. 물은 비열이 1 kcal/kg·℃로 크고 증발잠열이 539 kcal/kg으로 매우 커서, 목재 표면에서 증발하며 다량의 열을 빼앗아 가연물 온도를 발화점 이하로 낮춘다. 따라서 ② 냉각효과가 정답이며, ① 희석효과는 수용성 액체 화재에서 농도를 낮출 때, ④ 부촉매효과는 할로겐화합물·분말약제가 연쇄반응을 억제할 때 나타나는 효과이다.

할론 번호는 C, F, Cl, Br 원자 수를 순서대로 나타내므로 할론 2402는 $C_2F_4Br_2$로, 분자량이 크고 비점이 높아 상온·상압에서 액체이다. 따라서 정답은 ① 할론 2402이다.
② 할론 1301($CF_3Br$), ③ 할론 1211($CF_2ClBr$), ④ 탄산가스($CO_2$)는 상온·상압에서 모두 기체이다.

마그네슘은 제2류 위험물(금수성 있는 가연성 고체)로 물과 반응해 $Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2$와 같이 수소를 발생시켜 폭발 위험이 커진다. 따라서 ① 물에 적시어 보관한다는 설명이 틀렸으며, 마그네슘은 건조한 상태로 물·습기와 격리하여 저장한다.
② 적린의 화기 격리, ③ 황화인의 산화제 격리, ④ 황의 정전기 축적 방지는 모두 옳은 저장방법이다.

인화점은 점화원이 있을 때 불이 붙을 수 있는 최저온도이고, 연소점은 인화 후 연소가 5초 이상 지속되는 온도로 일반적으로 인화점보다 $5$~$10$℃ 높다. 발화점(착화점)은 점화원 없이 스스로 발화하는 온도로 셋 중 가장 높다.
따라서 온도가 높은 순서는 ④ 발화점 > 연소점 > 인화점이다.

위험물안전관리법상 위험물의 유별 성질은 제1류 산화성 고체, 제2류 가연성 고체, 제3류 자연발화성 및 금수성 물질, 제4류 인화성 액체, 제5류 자기반응성 물질, 제6류 산화성 액체이다. 따라서 제4류에 해당하는 ① 인화성 액체가 정답이며, ② 산화성 고체는 제1류, ③ 자기반응성물질은 제5류, ④ 가연성 고체는 제2류의 성질이다.

복사에너지는 스테판-볼츠만 법칙에 따라 절대온도의 4제곱에 비례한다: $E=\varepsilon\sigma T^{4}$.
절대온도가 2배가 되면 $\dfrac{E_2}{E_1}=\left(\dfrac{2T}{T}\right)^{4}=2^{4}=16$ 이다.
따라서 ① 16배가 정답이다.

밀폐된 내화구조 실내에서 화재가 발생하면 연소로 산소가 감소하고 일산화탄소·이산화탄소가 증가하며, 고온의 연소가스가 팽창하므로 실내 기압은 오히려 상승한다. 따라서 ③ 기압이 급강하한다가 틀린 설명이다. 이 압력 상승이 개구부를 통한 연기·화염 분출과 백드래프트의 원인이 된다.

정전기에 의한 발화는 마찰·박리·유동 등으로 전하가 발생하고, 절연된 도체나 부도체에 전하가 축적되어 전위가 상승한 뒤, 절연파괴 전압에 도달하면 방전이 일어나고 그 방전에너지가 가연성 혼합기의 최소점화에너지를 넘으면 발화하는 순서로 진행된다.
따라서 ③ 전하의 발생→전하의 축적→방전→발화가 옳다.

이산화탄소를 방출해 산소농도를 낮출 때 필요한 CO₂ 농도는
$\text{CO}_2[\%]=\dfrac{21-\text{O}_2}{21}\times 100$ 으로 구한다(공기 중 산소 21vol% 기준).
대입하면 $\dfrac{21-13}{21}\times 100=38.09$ 이므로 약 38.1vol%, 즉 ④ 38.1 이 정답이다.

할로겐화합물 소화약제는 분자 내 F·Cl·Br·I 등 할로겐 원소가 열분해되어 연소의 연쇄반응을 담당하는 활성종(H·, OH· 등)과 결합함으로써 부촉매(억제)소화를 한다.
반면 ② IG-541은 질소·아르곤·이산화탄소로 구성된 불활성기체(Inert Gas) 계열로 할로겐 원소를 전혀 포함하지 않으며, 방호구역의 산소농도를 낮추는 질식소화가 주된 소화원리이므로 연쇄반응 차단과 가장 거리가 멀다.
① FIC-1311(CF₃I), ③ FC-3-1-10(C₄F₁₀), ④ HFC-125(C₂HF₅)는 모두 할로겐 원소를 포함한 할로겐화합물 계열이다.

증기비중은 같은 온도·압력에서 어떤 기체의 밀도를 공기의 밀도와 비교한 값이며, 이상기체에서는 밀도가 분자량에 비례하므로 결국 분자량의 비가 된다.
공기의 평균분자량은 $0.79\times 28+0.21\times 32\fallingdotseq 29$ g/mol 이므로 증기비중 $=\dfrac{\text{분자량}}{29}$ 이다. 따라서 ① $\dfrac{\text{분자량}}{29}$ 가 옳다.
② 22.4는 표준상태에서 기체 1mol의 부피(L)이지 공기의 분자량이 아니다.

ABC급 화재 전반에 적응성이 있는 것은 제3종 분말소화약제인 제1인산암모늄 $NH_4H_2PO_4$이므로 정답은 ④ $NH_4H_2PO_4$이다. 열분해로 생성된 메타인산($HPO_3$)이 가연물 표면에 부착되어 방진(피복) 효과를 내기 때문에 일반화재(A급)에도 적응한다.
① $NaHCO_3$(제1종), ② $KHCO_3$(제2종)는 모두 B·C급 전용이며, ③ $Na_2CO_3$는 분말소화약제로 쓰이지 않는다.

메탄($CH_4$)의 분자량은 16으로 공기의 평균 분자량 29보다 작아 공기보다 가볍다. 따라서 누설된 메탄은 천장 쪽으로 상승하므로 가스 탐지부는 가스기구 상방(천장 부근)에 설치해야 하며, ② 「메탄가스는 공기보다 무거우므로 가스 탐지부는 가스기구의 직하부에 설치한다」는 틀린 설명이다. 직하부 설치는 LPG처럼 공기보다 무거운 가스에 해당한다.
① 마그네슘은 물과 반응해 수소를 발생시키므로 주수 소화가 화재를 확대시키고, ③ 방유제는 유출유의 확산·화재 확대를 막는 시설이며, ④ 부유 가연성 분진은 분진폭발을 일으킬 수 있어 모두 옳다.

나트륨(Na)의 비중은 약 0.97로 물보다 가볍다. 따라서 ① 「나트륨은 물보다 무거우며 석유 등의 보호액 속에 저장하여야 한다」에서 보호액 저장은 맞지만 물보다 무겁다는 부분이 틀렸다.
② 황은 인화성·가연성 고체이나 상온에서 자연발화하지는 않으며, ③ 황린은 발화점이 약 34℃로 매우 낮아 물 속에 저장하고, ④ 칼륨·나트륨은 물과 격렬히 반응하므로 등유 등 석유류 보호액 속에 보관한다.

화재강도(fire intensity)는 화재실에서 단위시간당 방출되는 열의 크기를 나타내며, ① 가연물의 발열량, ③ 가연물의 비표면적(입자가 작을수록 연소속도 증가), ④ 화재실의 구조(개구부 크기·벽체의 단열성능에 따른 축열 정도)와 가연물의 배열·화재하중 등이 지배인자이다.
반면 ② 발화원의 온도는 착화 여부에 관여할 뿐 일단 발생한 화재의 열방출률 크기를 결정하지 않으므로 화재강도와 관계가 없다.

「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」의 방화구조 정의에 따르면 철망모르타르로서 그 바름 두께가 2cm 이상인 것이 방화구조에 해당하므로 정답은 ① 2이다.
같은 조문에서 석고판 위에 시멘트모르타르·회반죽을 바른 것은 두께 합계 2.5cm 이상, 심벽에 흙으로 맞벽치기한 것 등도 방화구조로 규정하므로 수치를 구분해 기억해야 한다.

제4류 위험물은 인화성 액체이고, 대부분 증기비중이 1보다 커 증기가 낮은 곳에 체류하며, 전기의 부도체가 많아 유동·주입 시 정전기에 의한 착화 위험이 있다.
인화점은 액면 위에 연소범위 하한의 증기를 만드는 최저온도이므로 인화점이 낮을수록 낮은 온도에서 증기 발생이 용이하다. 따라서 ④ 인화점이 높을수록 증기발생이 용이하다는 설명이 틀렸다.

압력이 일정하므로 샤를의 법칙 $\dfrac{V_2}{V_1}=\dfrac{T_2}{T_1}$을 절대온도로 적용한다.
$T_1 = 21 + 273 = 294$ K, $T_2 = 650 + 273 = 923$ K이다.
$\dfrac{V_2}{V_1}=\dfrac{923}{294} \fallingdotseq 3.14$
따라서 처음의 약 3.14배로 팽창하므로 정답은 ① 3.14이다. 섭씨온도를 그대로 대입하면 $650/21 \fallingdotseq 31$이 되어 잘못된 값이 나오므로 반드시 절대온도로 환산해야 한다.

과산화수소는 물과 임의의 비율로 섞이는 수용성 물질이며, 실제로 위험물로 취급되는 것도 농도 $36$ wt% 이상의 수용액이다. 따라서 특성이 아닌 것은 ④ 비수용성이다.
나머지는 모두 옳다. 과산화수소는 제6류 위험물(산화성 액체)로 그 자체는 타지 않는 ② 불연성 물질이고, 탄소를 포함하지 않는 ③ 무기화합물이며, 비중이 약 1.46으로 ① 물보다 무겁다.

고팽창포(팽창비 80 이상)로 사용할 수 있는 포소화약제는 ① 합성계면활성제포이다. 이 약제는 계면활성제 특성상 소량의 약제로도 큰 발포배율을 얻을 수 있어 저팽창부터 고팽창까지 폭넓게 사용되며, 지하층·기관실 등 전역방출 방식의 고발포 설비에 적용된다.
④ 단백포, ③ 불화단백포, ② 내알코올포는 모두 저팽창포로 사용된다.

소화방법은 물리적 소화(냉각·질식·제거)와 화학적 소화(부촉매에 의한 연쇄반응 억제)로 구분된다.
① 유류화재를 할론 1301로 소화하는 것은 분해된 브로민(Br) 라디칼이 연소 활성종과 반응해 연쇄반응을 끊는 억제(화학적) 소화이므로 정답이다.
② 이산화탄소는 산소 희석에 의한 질식, ③ 모래 덮기는 질식, ④ 물 살수는 냉각으로 모두 물리적 소화에 해당한다.

프로판(C₃H₈)의 연소범위는 대체로 2.1~9.5vol%로, 하한과 상한이 모두 낮아 범위가 좁은 편이다. 따라서 ① 2.1~9.5가 정답이다.
② 9.8~28.4는 암모니아·일산화탄소 등과 혼동하기 쉬운 값이고, ③ 4.0~75는 수소, ④ 2.5~81은 아세틸렌의 연소범위이다.
참고로 부탄은 약 1.8~8.4%, 메탄은 약 5~15%이다.

① 부틸리튬은 제3류 위험물(알킬리튬 등 금수성 물질)로, 물과 격렬히 반응해 부탄 등 가연성 가스를 발생시키므로 주수소화를 할 수 없고 마른모래·팽창질석 등으로 질식소화한다.
② 적린은 제2류이지만 물과 반응하지 않아 다량의 물로 냉각소화가 가능하고, ③ 질산에틸과 ④ 나이트로셀룰로오스는 제5류 자기반응성 물질로 다량의 주수에 의한 냉각소화가 원칙이다.

이상기체는 0℃, 1기압(표준상태)에서 1 mol의 부피가 22.4 L이다.
몰수 $n=\dfrac{11.2}{22.4}=0.5$ mol이므로 분자량 $M=\dfrac{w}{n}=\dfrac{22}{0.5}=44$이다.
따라서 ① 44가 정답이며, 이는 이산화탄소($\mathrm{CO_2}$)의 분자량에 해당한다.

연소의 4요소는 가연물, 산소(산소공급원), 점화원, 그리고 연쇄반응이다. 이 중 연쇄반응을 이어가는 자유활성기(free radical)의 생성을 억제하여 반응 고리를 끊는 소화방법이 ② 억제소화이며, 화학적 소화 또는 부촉매 소화라고도 한다. 할론, 분말소화약제 등이 이 원리로 작용한다.
① 질식소화는 산소 농도를 낮추고, ③ 제거소화는 가연물을 없애며, ④ 냉각소화는 점화에너지(열)를 빼앗는 물리적 소화로 연쇄반응 자체를 직접 중단시키지는 않는다.

감광계수 $C_s$와 가시거리는 반비례한다. 일반적으로 감광계수 $0.1\,\text{m}^{-1}$일 때 가시거리 20~30m(화재 초기), $0.3\,\text{m}^{-1}$일 때 약 5m, $0.5\,\text{m}^{-1}$일 때 약 3m, $1.0\,\text{m}^{-1}$일 때 1~2m, $10\,\text{m}^{-1}$일 때 0.2~0.5m(최성기)로 정리된다.
따라서 ② 감광계수가 0.3일 때 가시거리 15~20m라는 설명이 틀린 것이다. 감광계수 0.3에서의 가시거리는 약 5m이며, 15~20m는 오히려 0.1~0.2 수준의 값에 해당한다. ① 10일 때 0.2~0.5m, ③ 0.1일 때 20~30m, ④ 1.0일 때 1~2m는 모두 옳다.

목재건물은 가연물인 목재 자체가 타면서 급격히 연소해 최고온도가 약 1,100℃에 이르지만 지속시간이 짧아 고온단기형의 화재성상을 보인다.
따라서 ① 고온단기형이 정답이다.
반면 내화건물은 구획 내 공기공급이 제한되어 온도는 상대적으로 낮고 화재가 오래 지속되는 저온장기형이다.

폭연(deflagration)에서 폭굉(detonation)으로 전이(DDT)되려면 화염이 가속되어 압축파가 중첩·충격파로 성장해야 한다. 따라서 정상연소속도가 큰 가스일수록, 배관 내에 장애물이 있어 난류가 촉진될수록, 압력이 높을수록, 관경이 가늘수록(관벽 마찰로 화염 가속) 전이가 쉬워지며, 점화원의 에너지가 클수록 유리하다.
따라서 「① 정상연소속도가 작은 가스일수록 폭굉으로 전이가 용이하다」는 틀린 설명이다.

「② 보일 오버(Boil Over)」는 중질유 탱크 화재가 장시간 지속될 때 형성된 열유층(heat wave)이 탱크 저부의 물(수분층)에 도달하여 물이 급격히 수증기로 기화하고, 그 부피 팽창으로 유류가 탱크 밖으로 분출·넘치는 현상이다.
③ 슬롭 오버는 유류 표면에 물이나 포를 방사했을 때 표면의 뜨거운 기름이 비산·넘치는 현상이고, ④ 블레비는 액화가스 저장탱크가 외부 화염으로 가열되어 탱크가 파열되며 액체가 급격히 증발하는 현상, ① 파이어 볼은 그 증기가 착화해 생기는 거대한 화구이다.

③ 플래시 오버(Flash Over)는 구획된 실내에서 축적된 복사열로 실내 가연물이 동시에 착화하여 순간적으로 전체가 화염에 휩싸이는 현상으로, 유류 저장탱크 화재의 현상이 아니다.
① 보일 오버는 탱크 하부 물이 고온층 열로 급격히 비등하여 기름을 분출시키는 현상, ② 프로스 오버는 고온의 점성 기름과 물이 넘쳐흐르는 현상(화재를 수반하지 않을 수도 있음), ④ 슬롭 오버는 유면에 주수한 물이 급격히 증발하며 기름이 넘치는 현상으로 모두 유류탱크 화재 관련 현상이다.

소방시설 설치 및 관리에 관한 법률 시행령상 무창층 판단의 대상이 되는 개구부는 크기가 지름 50cm 이상의 원이 내접할 수 있고, 해당 층 바닥면으로부터 개구부 밑부분까지의 높이가 1.2m 이내이며, 도로 또는 차량이 진입할 수 있는 빈터를 향하고, 화재 시 건축물로부터 쉽게 피난할 수 있도록 창살이나 그 밖의 장애물이 설치되지 않으며, 내부 및 외부에서 쉽게 부수거나 열 수 있어야 한다는 요건을 모두 충족해야 한다. 따라서 ① 내부 또는 외부에서 쉽게 파괴 또는 개방할 수 있을 것이 옳다. ② 높이 1.5m는 1.2m 이내여야 하므로, ③ 차량이 진입할 수 없는 빈터는 진입할 수 있는 빈터여야 하므로, ④ 지름 30cm는 지름 50cm 이상이어야 하므로 각각 틀리다.

위험물안전관리법령상 유별 성질은 제1류 산화성 고체, 제2류 가연성 고체, 제3류 자연발화성 물질 및 금수성 물질, 제4류 인화성 액체, 제5류 자기반응성 물질, 제6류 산화성 액체이다.
따라서 ④ 제6류 위험물 – 자기반응성물질 은 잘못된 연결이며, 자기반응성 물질은 제5류, 제6류는 산화성 액체(과염소산, 과산화수소, 질산 등)이다.

화재하중 $Q = \dfrac{\sum (G_t \cdot H_t)}{H \cdot A}$에서 $G_t$는 각 가연물의 양(kg), $H_t$는 각 가연물의 단위발열량, $A$는 바닥면적이고, $H$는 목재의 단위발열량(약 4,500 kcal/kg)이다. 즉 실내 가연물의 총 발열량을 목재의 발열량으로 나누어 목재 환산 등가가연물량을 구하고 이를 단위바닥면적으로 나눈 값이 화재하중이므로 정답은 ① 목재의 단위발열량이다.

Fool proof는 '바보라도 잘못 쓸 수 없게' 한다는 원칙으로, 피난 시 인간이 패닉 상태(저지능 상태)에 빠져도 직감적으로 알 수 있도록 그림·색채·문자 등 단순명료한 표시를 사용하고 피난수단을 원시적 방법으로 하는 것이다. 따라서 ② 저지능인 상태에서도 쉽게 식별이 가능하도록 그림이나 색채를 이용하는 원칙이 해당한다. ④ 한 가지 피난기구가 고장이 나도 다른 수단을 이용할 수 있도록 고려하는 원칙은 이중안전장치를 뜻하는 Fail safe이므로 구분해야 한다.

브리지 4변은 $Z_1=R_1+j\omega L$, $Z_2=R_3+\dfrac{1}{j\omega C_2}$, $Z_3=R_2$, $Z_4=\dfrac{1}{j\omega C_1}$이고 평형조건은 마주 보는 변의 곱이 같을 것, 즉 $Z_1Z_4=Z_2Z_3$이다.
좌변 $=\dfrac{R_1}{j\omega C_1}+\dfrac{L}{C_1}$, 우변 $=R_2R_3+\dfrac{R_2}{j\omega C_2}$.
실수부에서 $\dfrac{L}{C_1}=R_2R_3$ → $L=R_2R_3C_1$, 허수부에서 $\dfrac{R_1}{C_1}=\dfrac{R_2}{C_2}$ → $R_1C_2=R_2C_1$이므로 ① $R_1C_2=R_2C_1,\ L=R_2R_3C_1$이 정답이다.

도선의 저항은 $R = \rho \dfrac{l}{A}$이므로 $R = 1.69 \times 10^{-8} \times \dfrac{500}{2.5\times 10^{-6}} = 3.38$ Ω이다.
이 값은 종단저항 8kΩ에 비해 무시할 수 있을 정도로 작으므로 회로 전체 저항은 약 $8{,}003.38$ Ω이다.
도통시험 전류는 $I = \dfrac{V}{R} = \dfrac{24}{8{,}003.38} \fallingdotseq 3.0 \times 10^{-3}$ A, 즉 약 3.0mA이므로 ① 3.0이 정답이다.

테브난 등가전압은 a-b 단자를 개방했을 때의 전압이다. 개방 시 1.4 Ω 에는 전류가 흐르지 않으므로 10 V가 1 Ω 과 1.5 Ω 으로 분압되어
$V_{th} = 10 \times \dfrac{1.5}{1+1.5} = 6$ V 이다.
테브난 등가저항은 전압원을 단락시키고 a-b 에서 본 저항이므로 1 Ω 과 1.5 Ω 의 병렬에 1.4 Ω 을 직렬로 더한 값이다.
$R_{th} = \dfrac{1 \times 1.5}{1+1.5} + 1.4 = 0.6 + 1.4 = 2$ Ω 이다. 따라서 ④ 6[V], 2[Ω]이 정답이다.

1 m당 권선수가 $N$회이고 평균자로 길이가 $l$이므로 총 권수는 $Nl$회이고, 기자력은 $F=NlI$이다. 공심이므로 자기저항은 $R_m=\dfrac{l}{\mu_0 S}$이다.
자속은 $\phi=\dfrac{F}{R_m}=\dfrac{NlI}{\dfrac{l}{\mu_0 S}}=\mu_0 S N I$이므로 ② $\mu_0 SNI$가 정답이다.
권수를 단위길이당으로 준 것이 핵심이며, 총 권수가 $N$회로 주어졌다면 ④ $\dfrac{\mu_0 SNI}{l}$가 답이 된다.

2Ω 두 개가 병렬, 3Ω 두 개가 병렬이며 두 병렬군이 직렬로 접속된 회로이다.
같은 값 두 저항의 병렬합성은 절반이므로 $\dfrac{2}{2}=1$ Ω, $\dfrac{3}{2}=1.5$ Ω이고, 직렬 합성은 $R_{ab}=1+1.5=2.5$ Ω이므로 ② 2.5가 정답이다. ① 7.5는 네 저항을 모두 직렬로 오인한 값의 절반 형태의 오답이다.

무한장 솔레노이드는 암페어의 주회적분 법칙 $\oint \vec{H}\cdot d\vec{l}=NI$로 해석하며, 이때 적분 경로를 자계와 평행하게 잡아야 내적이 최대가 되어 유효한 관계식을 얻는다. 자계와 적분 경로가 수직이면 $\vec{H}\cdot d\vec{l}=0$이 되어 오히려 기여가 0이므로, ③ 자계의 방향과 암페어 적분 경로가 수직인 경우 자계의 세기가 최대라는 설명은 틀리다.
내부 자계는 $H=nI$($n$=단위길이당 권수)로 위치에 무관한 평등 자계이며 권수와 전류에 각각 비례하므로 ①②④는 옳다.

분류기는 전류계와 병렬로 접속하며 배율은 $m=1+\dfrac{R_{A}}{R_{S}}$이다.
m=9를 대입하면 $9=1+\dfrac{R_{A}}{R_{S}}$에서 $\dfrac{R_{A}}{R_{S}}=8$이므로 $R_{S}=\dfrac{1}{8}R_{A}$이다.
따라서 ④ $R_{S}=\dfrac{1}{8}R_{A}$가 정답이며, 배율 9에 대응하는 분모는 9가 아니라 m−1=8임에 주의한다.

직렬 접속의 합성저항은 각 저항의 단순 합이다. 경종은 $200\,\Omega\times10=2{,}000\,\Omega$, 표시등은 $50\,\Omega\times3=150\,\Omega$이다.
따라서 합성저항은 $2{,}000+150=2{,}150\,\Omega$이므로 ① 2150이다.

변압기 1차·2차 전류를 CT로 받아 그 차(差)가 억제코일 전류에 대해 일정 비율 이상일 때 동작하는 ② 비율차동계전기가 변압기 내부 권선의 층간단락·지락 등 내부고장 검출의 대표적 보호계전기이다. 여자돌입전류나 CT 오차로 인한 오동작을 비율 특성으로 억제한다. ④ 과전류계전기·③ 접지계전기는 주로 외부 사고나 후비보호용이고, ① 온도계전기는 권선·유온 상승 감시용이다.

불대수의 흡수법칙에 의해 $X\cdot(X+Y)=X$이다.
전개하면 $X\cdot X+X\cdot Y=X+XY=X(1+Y)=X\cdot 1=X$가 되므로 Y와 무관하게 결과는 X이다.
따라서 ③ $X$가 정답이다. 쌍대 관계인 $X+XY=X$도 함께 기억하면 된다.

제어량의 성질이 아니라 목표값의 시간적 변화에 따라 분류하면 ④ 정치제어(목표값 일정), 프로그램제어(목표값이 미리 정해진 시간표대로 변화), ③ 비율제어(목표값이 다른 양과 일정 비율로 변화), 그리고 추종제어(목표값이 임의로 변화하며 그 값을 알 수 없음)로 나뉜다. 미지의 임의 시간적 변화를 하는 목표값에 제어량을 따라가게 하는 것은 ① 추종제어이며, 자동평형계기·서보기구가 대표적이다. ② 프로그래밍제어는 목표값 변화가 미리 정해져 있다는 점에서 구별된다.

동기발전기의 병렬운전 조건은 ① 기전력의 주파수가 같을 것, ② 기전력의 위상이 같을 것, ④ 기전력의 크기가 같을 것, 그리고 기전력의 파형(3상에서는 상회전 방향)이 같을 것이다.
③ 극수가 같을 것은 병렬운전 조건에 포함되지 않는다 — 극수가 달라도 회전속도 $N_s=\dfrac{120f}{P}$ 를 맞춰 동일한 주파수의 기전력을 내면 병렬운전이 가능하기 때문이다.
따라서 틀린 것은 ③ 극수가 같을 것이다.

철손은 부하와 무관하게 일정하고, 동손은 부하율의 제곱에 비례한다($P_c=m^2 P_{c,\text{전부하}}$).
철손 전력량 $=7.5\times 4=30$ [Wh], 동손은 전부하 2시간이 $16\times 2=32$ [Wh], $\dfrac{1}{2}$ 부하 2시간이 $16\times\left(\dfrac{1}{2}\right)^2\times 2=8$ [Wh]이다.
따라서 전손실 전력량은 $30+32+8=70$ [Wh]로 ④ 70이 정답이다.

측정에서 보정값은 참값에서 지시값을 뺀 값 $\alpha = T - M$ 이고, 보정률은 이 보정값을 지시값 $M$ 에 대한 백분율로 나타낸 것이다.
따라서 보정률 $= \dfrac{T-M}{M} \times 100$ [%] 이므로 ①이 정답이다.
참고로 ④ $\dfrac{T-M}{T} \times 100$ 은 오차를 참값으로 나눈 형태로, 부호를 바꾸면 오차율(백분율 오차)에 해당하므로 보정률과 혼동하기 쉽다.

전열선 1개의 저항은 $R=\dfrac{V^2}{P}=\dfrac{100^2}{500}=20\,\Omega$이다. 인가전압은 두 경우 모두 100 V로 같다.
직렬 접속 시 합성저항은 $20+20=40\,\Omega$이므로 소비전력은 $P=\dfrac{100^2}{40}=250$ W이다. 병렬 접속 시 합성저항은 $\dfrac{20}{2}=10\,\Omega$이므로 $P=\dfrac{100^2}{10}=1000$ W이다. 따라서 ② 직렬 : 250, 병렬 : 1,000이 정답이다.

단권변압기에서 저압측 3,000V(분로권선), 고압측 3,300V(직렬권선 포함)로 승압하는 경우, 자기용량과 부하용량의 비는 $\dfrac{\text{자기용량}}{\text{부하용량}}=\dfrac{V_h-V_l}{V_h}=\dfrac{3300-3000}{3300}=\dfrac{1}{11}$이다.
따라서 부하용량은 $10\times 11=110\,\text{kVA}$이고, 역률 80%를 곱하면 공급 가능한 유효전력은 $110\times 0.8=88\,\text{kW}$가 되어 ② 88이 정답이다.

피드백은 출력 $C(s)$에서 $H(s)$를 거쳐 입력측에 음(−)으로 되돌아오고, 외란 $D(s)$는 $G(s)$ 뒤 가산점에 양(+)으로 더해진다. 오차를 $E=R-HC$라 하면 $C=GE+D=G(R-HC)+D$이다.
정리하면 $C(1+GH)=GR+D$이므로 $C(s)=\dfrac{G(s)}{1+G(s)H(s)}R(s)+\dfrac{1}{1+G(s)H(s)}D(s)$가 되어 ③이 정답이다. 외란은 $G$를 통과하지 않고 출력에 더해지므로 계수 분자에 $G$가 없다는 점이 핵심이다.

전력이 구면으로 균일 방사되므로 거리 $r$에서의 포인팅 벡터는 $S=\dfrac{P}{4\pi r^{2}}=\dfrac{50{,}000}{4\pi(10^{3})^{2}}=3.98\times10^{-3}$ W/m²이다.
자유공간 고유임피던스 $Z_0=377$ Ω에 대해 $S=\dfrac{E^{2}}{Z_0}$이므로 $E=\sqrt{S Z_0}=\sqrt{3.98\times10^{-3}\times 377}\approx 1.22$ V/m가 되어 ① 1.22가 정답이다($E$는 실효값).

누설(지락)전류 검출에는 ② 영상변류기(ZCT)가 사용된다. 3상 전선을 하나의 환상철심에 함께 관통시켜 정상 시에는 각 상 전류의 합이 0이 되어 출력이 없고, 지락이 생기면 그 합인 영상전류가 나타나 지락계전기를 동작시킨다.
① 계기용변압기(PT)는 고전압을 계측용 저전압으로 변성하고, ③ 과전류계전기는 과부하·단락전류에, ④ 부족전압계전기는 전압 저하에 동작하는 것으로 누설전류 검출과는 무관하다.

공통 항 $\bar{B}$로 묶으면 $Y=\bar{B}(\bar{A}C+A\bar{C}+AC)$가 된다. 괄호 안에서 $A\bar{C}+AC=A(\bar{C}+C)=A$이므로 $\bar{A}C+A$가 남는다.
흡수 법칙 $A+\bar{A}C=A+C$를 적용하면 최종적으로 $Y=\bar{B}(A+C)$로 간단해진다. 따라서 ③ $\bar{B}\cdot(A+C)$이 정답이다.

유리(액체) 온도계, 바이메탈 온도계, 압력식(기체·액체 팽창) 온도계는 모두 물질이 온도에 따라 팽창·수축하는 성질을 이용한 열팽창식 온도계이다.
반면 열전대 온도계는 서로 다른 두 금속의 접점에서 발생하는 열기전력(제백효과)을 이용하는 열전형 온도계이다.
따라서 열팽창식이 아닌 것은 ③ 열전대 온도계이다.

정전유도란 대전체를 도체에 가까이 할 때 도체의 가까운 쪽에 대전체와 다른 부호(이종)의 전하가, 먼 쪽에 같은 부호의 전하가 유도되는 현상이다. 가까운 쪽에 이종 전하가 모이므로 대전체와 도체 사이에는 항상 흡인력(흡입력)이 작용하며, 따라서 ③ 정전 유도에 의하여 작용하는 힘은 반발력이다는 틀린 설명이다.
① 정전용량 $C=Q/V$ 는 전하를 축적하는 능력, ② 같은 부호의 전하 사이에는 쿨롱 법칙에 따라 반발력, ④ 초기 충전 전하가 없는 콘덴서는 전압 인가 순간 양단 전압이 0이어서 단락(단락상태)으로 취급하므로 모두 옳다.

정류회로의 맥동주파수는 전원주파수 × 1주기당 맥동 수로 결정된다.
3상 전파(6펄스) 정류는 한 주기에 6번의 맥동이 나타나므로 $f_r = 6f = 6 \times 60 = 360$ Hz이다. 따라서 ③ 360이 정답이다.
참고로 단상 반파는 $f$(60Hz), 단상 전파는 $2f$(② 120Hz), 3상 반파는 $3f$(① 180Hz)이며, 맥동 수가 많을수록 맥동률이 작아 직류에 가까워진다.

진공(공기) 중 두 점전하 사이의 정전력은 쿨롱의 법칙 $F = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{Q_1 Q_2}{r^2} = 9\times10^9 \dfrac{Q_1 Q_2}{r^2}$ 로 구한다.
대입하면 $F = 9\times10^9 \times \dfrac{(10\times10^{-6})(20\times10^{-6})}{2^2} = 9\times10^9 \times \dfrac{2\times10^{-10}}{4} = 0.45$ 이므로 정답은 ③ 0.45 N이다.
거리를 제곱하지 않으면 ④ 1.8이 나오므로 $r^2$ 처리에 주의한다.

공극이 없을 때 자기저항은 $R_1 = \dfrac{l}{\mu_0 \mu_s S}$ 이고, 길이 $l_g$의 공극이 생기면 철심부와 공극부가 직렬이 되어 $R_2 = \dfrac{l-l_g}{\mu_0 \mu_s S} + \dfrac{l_g}{\mu_0 S}$ 이다.
비를 구하면 $\dfrac{R_2}{R_1} = \dfrac{(l-l_g) + \mu_s l_g}{l}$ 이고, $l=1$ m, $l_g = 0.002$ m, $\mu_s = 700$ 을 대입하면 $\dfrac{0.998 + 700\times0.002}{1} = 0.998 + 1.4 = 2.398$ 이다.
따라서 약 ② 2.4배로 증가한다. 흔히 쓰는 근사식 $1 + \dfrac{\mu_s l_g}{l} = 2.4$ 로도 같은 값을 얻는다.

하나의 실리콘 기판(칩) 위에 트랜지스터·다이오드·저항 등 다수의 소자를 만들어 넣고 상호배선하여 하나의 회로 기능을 갖도록 집적한 것을 집적회로(IC, Integrated Circuit)라 한다. 따라서 ③ IC가 정답이다.
① 서미스터는 온도에 따라 저항이 크게 변하는 반도체 저항소자, ② 포토 트랜지스터는 빛을 받아 전류를 증폭하는 광소자, ④ 바리스터는 인가전압에 따라 저항이 변하여 서지 흡수에 쓰이는 비직선 저항소자로, 모두 단일 기능의 개별 소자이다.

2차 저항 기동법은 회전자에 슬립링을 통해 외부 저항을 넣을 수 있는 권선형(3상 권선형) 유도전동기의 기동·속도제어 방법이다. 농형(squirrel cage) 회전자는 도체가 단락되어 있어 외부 저항을 삽입할 수 없으므로 농형 전동기의 기동법이 될 수 없다. 따라서 ① 2차 저항 기동법이 정답이다.
② Y-△ 기동법, ③ 기동 보상기법(기동보상기·단권변압기), ④ 리액터 기동법은 모두 고정자 측 인가전압을 낮춰 기동전류를 제한하는 방식으로 농형 전동기의 대표적 감압 기동법이다.

반파정류파는 반주기만 존재하므로 실효값 $V=\sqrt{\dfrac{1}{2\pi}\int_{0}^{\pi}V_m^{2}\sin^{2}\theta\,d\theta}=\dfrac{V_m}{2}$, 평균값 $V_{av}=\dfrac{1}{2\pi}\int_{0}^{\pi}V_m\sin\theta\,d\theta=\dfrac{V_m}{\pi}$이다.
$V_m=1$이므로 실효값은 1/2, 평균값은 1/π이다. ④의 $1/\sqrt{2}$, $2/\pi$는 전파(정현파)의 값이다.

전압계·전류계 지시로 피상전력은 $P_a=VI=180\times 5=900$ VA이고, 전력계 지시가 유효전력 $P=720$ W이다.
무효전력은 $P_r=\sqrt{P_a^{2}-P^{2}}=\sqrt{900^{2}-720^{2}}$이므로 ③ 540 Var이다.

절연저항은 수백 V의 직류 시험전압을 인가해 미소 누설전류로부터 $M\Omega$ 단위의 큰 저항을 읽어야 하므로, 전용 계기인 절연저항계(메거, Megger)로 측정한다. 따라서 ② 메거가 정답이다.
① 전류계와 ④ 전압계는 회로의 전류·전압을 읽는 계기이고, ③ 서미스터는 온도에 따라 저항이 변하는 감온 소자로 측정기가 아니다.

대칭 $n$상 환상(델타)결선에서 선전류는 상전류의 $2\sin\dfrac{\pi}{n}$배이고, 선전류가 상전류보다 $\dfrac{\pi}{2}\left(1-\dfrac{2}{n}\right)$만큼 위상이 뒤진다. 따라서 ③ $\dfrac{\pi}{2}\left(1-\dfrac{2}{n}\right)$가 정답이다.
검산으로 $n=3$을 넣으면 $\dfrac{\pi}{2}\times\dfrac{1}{3}=\dfrac{\pi}{6}$, 즉 30°로 3상 델타결선의 잘 알려진 결과와 일치한다.

가동철편형 계기는 고정코일에 흐르는 전류가 만든 자계로 연철편을 움직여 지시하는 계기로, 구조상 흡인형·반발형·반발흡인형의 세 가지로 분류된다.
따라서 ③ 회전자장형은 가동철편형의 구조 형태가 아니므로 정답이다. 회전자장(이동자계)을 이용하는 것은 유도형 계기와 유도전동기의 원리이다.
가동철편형은 교류 전용으로 배전반용 전압계·전류계에 널리 쓰인다.

R-L-C 직렬회로의 임피던스는 $Z=\sqrt{R^{2}+(X_L-X_C)^{2}}=\sqrt{9^{2}+(10-5)^{2}}=\sqrt{106}\fallingdotseq10.3$ Ω 이다.
전류는 $I=\dfrac{V}{Z}=\dfrac{220}{10.3}\fallingdotseq21.4$ A
유효전력은 저항에서만 소비되므로 $P=I^{2}R=21.4^{2}\times9\fallingdotseq4{,}109$ W $\fallingdotseq4.1$ kW 이다.
따라서 정답은 ② 4.1이다. 이는 $P=\dfrac{V^{2}R}{R^{2}+(X_L-X_C)^{2}}=\dfrac{220^{2}\times9}{106}$ 로 계산해도 같다.

동기속도는 $N_{s}=\dfrac{120f}{P}$로 계산되며 슬립과는 무관하다.
$N_{s}=\dfrac{120\times60}{4}=1{,}800$ rpm이므로 ④ 1,800이 정답이다.
슬립 2%를 적용한 회전자속도 $N=(1-0.02)\times1800=1{,}764$ rpm은 ① 1,764로, 문제에서 묻는 동기속도가 아니다.

동일한 전류가 흐르는 두 평행 도선 사이 단위길이당 작용력은 $F=\dfrac{\mu_0 I_1 I_2}{2\pi d}$로, 도선 사이 거리 $d$에 반비례한다.
따라서 거리를 $2.5$배로 늘리면 힘은 $\dfrac{1}{2.5}$배로 줄어들어 $F_2=\dfrac{1}{2.5}F_1$이 된다. 정답은 ②이다. 거리 제곱에 반비례한다고 보고 고른 ④ $\dfrac{1}{2.5^2}F_1$은 점전하 사이 쿨롱력과 혼동한 오답이다.

PI 제어요소의 전달함수는 $G(s)=K\left(1+\dfrac{1}{T_{i}s}\right)$ 이다($K$=비례감도, $T_i$=적분시간).
주어진 값 $K=5$, $T_i=3$ 을 대입하면 $G(s)=5\left(1+\dfrac{1}{3s}\right)=5+\dfrac{5}{3s}=\dfrac{15s+5}{3s}$ 이다.
따라서 정답은 ③이다.

LC 직렬회로에 계단전압 $E$를 인가하면 저항이 없어 감쇠가 없는 무손실 진동(비감쇠 진동)이 나타난다.
라플라스 변환으로 $I(s) = \dfrac{E/s}{sL + 1/(sC)} = \dfrac{E}{L}\cdot\dfrac{1}{s^{2} + \frac{1}{LC}}$ 이므로 역변환하면
$i(t) = E\sqrt{\dfrac{C}{L}}\,\sin\dfrac{1}{\sqrt{LC}}t = \dfrac{E}{\sqrt{L/C}}\sin\dfrac{1}{\sqrt{LC}}t$
초기 전류가 0이어야 하므로 sin 형태가 맞고, 진폭은 특성임피던스 $\sqrt{L/C}$로 나눈 값이다. 따라서 ② $\frac{E}{\sqrt{L/C}}\sin\frac{1}{\sqrt{LC}}t$가 정답이다. ③·④ cos 형태는 $t=0$에서 전류가 $E\sqrt{C/L}$로 튀어 인덕터의 전류 연속성에 위배된다.

두 입력 A, B가 각각 NOT 게이트를 거친 뒤 AND 게이트(직선 뒷면에 반원형 앞면인 D자 형상)로 들어가는 회로이므로 출력은 $Y = \overline{A} \cdot \overline{B}$ 이다.
드모르간의 정리 $\overline{A}\cdot\overline{B} = \overline{A + B}$ 를 적용하면 이는 곧 NOR 게이트와 등가이다.
따라서 ① NOR가 정답이다. ④ NAND는 $\overline{A}+\overline{B}$, 즉 부정 입력이 OR 게이트로 들어갈 때의 등가 게이트이다.

부하는 각 변이 $R$과 $jX$의 직렬로 구성된 Δ(델타) 결선이므로 상전압은 선간전압과 같은 200V이고, 한 상의 임피던스는 $Z=R+jX=20+j10$, $|Z|=\sqrt{20^2+10^2}=\sqrt{500}$ $\Omega$이다.
상전류는 $I_p=\dfrac{200}{\sqrt{500}}$ A이고, 유효전력은 저항에서만 소비되므로
$P=3I_p^2R=3\times\dfrac{200^2}{500}\times 20=3\times 80\times 20=4{,}800$ W
따라서 4.8kW이므로 ③ 4.8이 정답이다.