9급 지방직 고졸경채 전기이론 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

16년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 지방직 고졸경채 전기이론 기출문제모두CBT · moducbt.com

16년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

저항기의 색깔에 의한 정격표시(KSC 0802)에서 첫째 띠의 색깔 표시와 숫자의 연결이 옳지 않은 것은?
색 숫자

1검은색 0

2갈색 1

3노랑색 5

4파랑색 6

정답 및 해설

저항 색 부호에서 노랑색은 숫자 4를 나타내므로, 노랑색을 5와 짝지은 연결이 옳지 않다.

색 부호는 검정·갈색·빨강·주황·노랑·초록·파랑·보라·회색·흰색 순으로 0~9에 대응하며, 숫자 5는 초록색이다.

검은색 0: 색 부호의 첫 값으로 옳은 연결이다.
갈색 1: 검정 다음 순서로 옳은 연결이다.
파랑색 6: 초록(5) 다음이 파랑이므로 옳은 연결이다.

문제 2

같은 용량의 3개의 콘덴서 C가 직렬로 접속되어 있는 경우의 합성 정전용량이 1 [μF]일 때, 다음 회로와 같이 3개의 콘덴서 C를 직·병렬로 연결했을 때의 합성 정전용량[μF]은?

22.5

43.5

정답 및 해설

회로의 합성 정전용량은 2 μF이다.

세 콘덴서를 직렬로 연결한 합성값이 $\dfrac{C}{3}=1\,\mathrm{\mu F}$ 이므로 $C=3\,\mathrm{\mu F}$ 이다.

회로는 콘덴서 하나에 병렬 두 개(합 2C)가 직렬로 이어진 구조다.
$C_{0}=\dfrac{C\cdot 2C}{C+2C}=\dfrac{2C}{3}=\dfrac{2\times 3}{3}=2\,\mathrm{\mu F}$

3 μF: 콘덴서 한 개의 용량 C 값이다. C가 직렬로 들어간 회로의 합성 용량은 C보다 작아야 한다.
3.5 μF: 역시 C(3 μF)보다 커서 직렬 연결이 포함된 회로의 값이 될 수 없다.
2.5 μF: $\dfrac{2C}{3}$ 에 $C=3\,\mathrm{\mu F}$ 를 넣은 값과 맞지 않는다.

문제 3

다음 R－L－C 직렬 회로의 직렬 공진 조건으로 옳은 것은?

\omega^{2}LC=1

\omega LC=1

\omega^{2}RC=L

\omega RC=L

정답 및 해설

직렬 공진 조건은 $\omega^{2}LC=1$ 이다.

R－L－C 직렬 회로의 임피던스는 $Z=R+j\left(\omega L-\dfrac{1}{\omega C}\right)$ 이고, 공진은 허수부(리액턴스)가 0이 되는 때다.
$\omega L=\dfrac{1}{\omega C}\ \Rightarrow\ \omega^{2}LC=1$

$\omega LC=1$ : 각주파수의 제곱이 빠져 차원이 맞지 않는다.
$\omega^{2}RC=L$ : 공진 조건에 저항 R은 관여하지 않는다.
$\omega RC=L$ : 역시 저항이 들어가 있어 리액턴스 상쇄 조건이 아니다.

문제 4

다음 중 정전기현상을 활용한 제품은?

1전기밥솥

2전기다리미

3전자레인지

4복사기

정답 및 해설

복사기는 정전기 현상을 활용한 제품이다.

감광드럼을 대전시킨 뒤 빛으로 상을 만들고, 대전된 부분에 토너 가루가 정전기적 인력으로 달라붙게 해 종이에 옮긴다.

전기밥솥: 전류의 발열 작용(줄열)을 이용한다.
전기다리미: 저항 발열체의 줄열을 이용한다.
전자레인지: 마이크로파로 음식 속 물 분자를 진동시켜 가열한다.

문제 5

다음 R－C 직렬 회로에서

t=0

의 시점에 스위치 SW를 닫은 후, 회로에 흐르는 전류

i_{c}(t)

[A]의 파형은? (단, 콘덴서 C의 초기 충전 전하량은 0이다)

1[그림]

2[그림]

3[그림]

4[그림]

정답 및 해설

충전 전류는 스위치를 닫는 순간 최대였다가 지수함수적으로 감소해 0에 가까워진다.

초기 전하가 0이므로 $t=0^{+}$ 에서 콘덴서 전압은 0이고 전류는 $\dfrac{V}{R}$ 로 최대다. 충전이 진행되면 콘덴서 전압이 V에 다가가므로 전류는 줄어든다.
$i_{c}(t)=\dfrac{V}{R}e^{-\frac{t}{RC}}$

0에서 시작해 증가하며 포화하는 곡선: 전류가 아니라 콘덴서 전압의 충전 파형이다.
0에서 시작해 급격히 커지는 곡선: 전류가 발산하는 일은 없다.
원점에서 직선으로 증가하는 그래프: 정전류로 충전할 때의 전압 파형이며 이 회로의 전류가 아니다.

문제 6

다음 회로에서 전압 V가 일정하고, 스위치 SW를 닫은 후 전류 I가 닫기 전 전류의 2배가 되는 저항값 R [Ω]은?

21.5

42.5

정답 및 해설

저항 R은 1.5 Ω이다.

전압이 일정하므로 전류가 2배가 되려면 합성 저항이 절반이 되어야 한다. 닫기 전 합성 저항은 $1+3=4\,\mathrm{\Omega}$ 이므로 닫은 후에는 $2\,\mathrm{\Omega}$ 여야 한다.

스위치를 닫으면 R이 3 Ω과 병렬이 된다.
$1+\dfrac{3R}{3+R}=2\ \Rightarrow\ 3R=3+R\ \Rightarrow\ R=1.5\,\mathrm{\Omega}$

1 Ω: 병렬값이 0.75 Ω이 되어 전류가 약 2.29배가 된다.
2 Ω: 병렬값이 1.2 Ω이 되어 전류가 약 1.82배다.
2.5 Ω: 병렬값이 약 1.36 Ω이 되어 전류가 2배에 못 미친다.

문제 7

다음 전자기 현상에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

ㄱ. 코일속의 자속을 변화시키면 코일 양단에 기전력이 발생하는데 이를 전자유도라고 한다.
ㄴ. 직선도체에 전류가 흐르면 그 도선의 주위에는 동심원 모양의 자기장이 발생한다.
ㄷ. 두 자석 사이에서 발생하는 힘은 두 자석 세기의 곱에 비례하고 두 자석 사이의 거리에 반비례하는데 이를 자기에 관한 쿨롱의 법칙(Coulomb's law)이라고 한다.
ㄹ. 자기력이 미치는 공간을 자기장이라고 한다.
ㅁ. 렌츠의 법칙(Lenz's law)은 전자유도 작용에 의해 발생되는 유도기전력의 크기만을 알 수 있는 법칙이다.

1ㄱ, ㄴ

2ㄱ, ㄴ, ㄹ

3ㄱ, ㄷ, ㅁ

4ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ

정답 및 해설

옳은 설명은 ㄱ, ㄴ, ㄹ뿐이다.

ㄷ은 힘이 거리의 제곱에 반비례하고, ㅁ은 렌츠 법칙이 유도기전력의 방향을 정하는 법칙이므로 둘 다 틀리다. 따라서 ㄷ이나 ㅁ을 포함한 조합은 모두 제외된다.

ㄱ: 자속 변화로 코일에 기전력이 생기는 현상이 전자유도이므로 옳다.
ㄴ: 직선 전류 주위에는 동심원 모양의 자기장이 생기므로 옳다.
ㄷ: 자기 쿨롱 법칙은 $F=\dfrac{m_1 m_2}{4\pi\mu_0 r^2}$ 로 거리의 제곱에 반비례하므로 틀리다.
ㄹ: 자기력이 미치는 공간을 자기장이라 하므로 옳다.
ㅁ: 렌츠 법칙은 자속 변화를 방해하는 방향을 알려 주며, 크기는 패러데이 법칙으로 구하므로 틀리다.

문제 8

다음 R－L－C 병렬 회로에서 전류 I [A]는?

정답 및 해설

전원 전류 I는 5 A이다.

각 가지 전류를 구하면 $I_{R}=\dfrac{120}{40}=3\,\mathrm{A}$ , $I_{L}=\dfrac{120}{30}=4\,\mathrm{A}$ , $I_{C}=\dfrac{120}{15}=8\,\mathrm{A}$ 이다.

L과 C 전류는 위상이 반대라 서로 상쇄되고, 저항 전류와는 90° 차이로 합성한다.
$I=\sqrt{I_{R}^{2}+(I_{C}-I_{L})^{2}}=\sqrt{3^{2}+4^{2}}=5\,\mathrm{A}$

3 A: 저항 전류만 계산한 값이다.
4 A: 리액턴스 전류 차만 본 값이다.
6 A: 상쇄나 벡터 합성을 잘못한 값이다.

문제 9

다음 평형 3상 △결선 부하 회로에 대칭 3상 전원을 공급할 때에 3상의 소비전력이 15 [kW]이다. c상의 선이 P점에서 끊어졌을 때, 3상의 소비전력[kW]은?

27.5

310

412.5

정답 및 해설

단선 후 소비전력은 7.5 kW로 원래의 절반이 된다.

평형 시 각 상 저항에 선간전압 V가 걸리므로 $3\dfrac{V^{2}}{R}=15\,\mathrm{kW}$ , 즉 $\dfrac{V^{2}}{R}=5\,\mathrm{kW}$ 이다.

c선이 끊기면 a–b 사이에 R과 직렬 2R이 병렬로 걸린 단상 회로가 된다.
$R_{ab}=\dfrac{R\cdot 2R}{3R}=\dfrac{2R}{3},\quad P=\dfrac{V^{2}}{2R/3}=1.5\times 5=7.5\,\mathrm{kW}$

5 kW: 저항 하나에서 소비하는 전력만 센 값이다.
10 kW: 두 상의 전력이 그대로 남는다고 본 값이다.
12.5 kW: 남은 회로의 합성 저항을 잘못 구한 값이다.

문제 10

다음 회로에 3 [A]의 전류가 흐를 때, 단자 a－b 사이의 전압

V_{ab}

[V]는?

212

318

424

정답 및 해설

단자 전압 $V_{ab}$ 는 12 V이다.

a에서 두 2 Ω으로 갈라진 뒤 각각 6 Ω을 거쳐 b로 가고, 두 중간 마디 사이에 6 Ω이 걸린 휘트스톤 브리지 구조다. 마주 보는 저항의 곱이 $2\times 6=2\times 6$ 으로 같아 평형이므로 가운데 6 Ω에는 전류가 흐르지 않는다.

따라서 합성 저항과 전압은 다음과 같다.
$R_{ab}=\dfrac{(2+6)(2+6)}{(2+6)+(2+6)}=4\,\mathrm{\Omega}$
$V_{ab}=3\times 4=12\,\mathrm{V}$

6 V: 합성 저항을 2 Ω으로 잘못 본 값이다.
18 V: 합성 저항을 6 Ω으로 본 값이다.
24 V: 두 갈래 병렬을 무시하고 한 경로 저항 8 Ω만 쓴 값이다.

문제 11

자석의 성질에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1같은 극성의 자석은 서로 반발한다.

2자력이 강할수록 자력선의 수가 많다.

3자석은 고온이 되면 자력이 증가한다.

4자력선은 N극에서 나와 S극으로 향한다.

정답 및 해설

자석은 고온이 되면 자력이 감소하므로, 자력이 증가한다는 설명이 옳지 않다.

온도가 오르면 열운동으로 자구 배열이 흐트러져 자화가 약해지고, 퀴리 온도 이상에서는 강자성을 잃는다.

같은 극성의 자석이 서로 반발한다는 설명은 옳다.
자력이 강할수록 자력선의 수가 많다는 설명은 옳다.
자력선이 N극에서 나와 S극으로 향한다는 설명은 옳다.

문제 12

교류 전압

v(t)=200\sin 120\pi t

[V]의 평균값[V]과 주파수[Hz]는? (단, 평균값은 순시값이 0으로 되는 순간부터 다음 0으로 되기까지의 양의 반주기에 대한 순시값의 평균이다)
평균값[V] 주파수[Hz]

\frac{200}{\pi}

\frac{200}{\pi}

\frac{400}{\pi}

\frac{400}{\pi}

정답 및 해설

평균값은 $\dfrac{400}{\pi}\,\mathrm{V}$ , 주파수는 $60\,\mathrm{Hz}$ 이다.

최댓값 $V_m=200\,\mathrm{V}$ , 각주파수 $\omega=120\pi\,\mathrm{rad/s}$ 이다.

평균값: $V_{av}=\dfrac{2V_m}{\pi}=\dfrac{2\times200}{\pi}=\dfrac{400}{\pi}\,\mathrm{V}$
주파수: $f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{120\pi}{2\pi}=60\,\mathrm{Hz}$

평균값 $\dfrac{200}{\pi}$ ·50 Hz 조합: 평균값의 2배를 빠뜨렸고 주파수도 맞지 않는다.
평균값 $\dfrac{200}{\pi}$ ·60 Hz 조합: 주파수는 맞지만 평균값이 절반이다.
평균값 $\dfrac{400}{\pi}$ ·50 Hz 조합: 평균값은 맞지만 $\omega=120\pi$ 에 맞지 않는다.

문제 13

△결선인 평형 3상 교류 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1상전압과 선간전압은 크기가 같다.

2상전압과 선간전압은 위상이 같다.

3선전류는 상전류보다 위상이

\frac{\pi}{3}

[rad] 앞선다.

4선전류의 크기는 상전류보다

\sqrt{3}

배 크다.

정답 및 해설

△결선에서 선전류는 상전류보다 위상이 $\dfrac{\pi}{6}\,\mathrm{rad}$ 뒤진다. 따라서 $\dfrac{\pi}{3}$ 앞선다는 설명이 옳지 않다.

△결선은 각 상이 두 선 사이에 바로 걸리므로 상전압 = 선간전압이고, 선전류는 두 상전류의 페이저 차라서 $I_l=\sqrt{3}\,I_p\angle -30^\circ$ 가 된다.

상전압과 선간전압의 크기가 같다는 설명은 옳다.
상전압과 선간전압의 위상이 같다는 설명은 옳다.
선전류의 크기가 상전류의 $\sqrt{3}$ 배라는 설명은 옳다.

문제 14

공기 중에 자속밀도가 5 [Wb/m²]인 평등 자기장 내에 길이 40 [cm]의 도체를 자기장의 방향과 각도

\theta

를 유지하고, 전류 2 [A]를 흘릴 때에 도체가 받는 힘의 크기가 2 [N]이다. 도체가 자기장과 유지하는 각도

\theta

[°]는?

115

230

345

460

정답 및 해설

힘 공식에서 $\sin\theta=0.5$ 가 되므로 도체와 자기장이 이루는 각은 $30^\circ$ 이다.

공식: $F=BIl\sin\theta$ (길이 $l=40\,\mathrm{cm}=0.4\,\mathrm{m}$ )
대입: $2=5\times2\times0.4\times\sin\theta=4\sin\theta$
결과: $\sin\theta=0.5\;\Rightarrow\;\theta=30^\circ$

$15^\circ$ : $F=4\sin15^\circ\approx1.04\,\mathrm{N}$ 로 작다.
$45^\circ$ : $F=4\sin45^\circ\approx2.83\,\mathrm{N}$ 로 크다.
$60^\circ$ : $F=4\sin60^\circ\approx3.46\,\mathrm{N}$ 로 크다.

문제 15

다음 그림과 같이 전지를 접속하였을 때, 단자 3과 5사이의 전위차

V_{35}

[V]는?

21.5

44.5

정답 및 해설

단자 3과 5 사이 전위차는 4.5 V이다.

왼쪽 전지열은 아래가 접지라 단자 1이 0 V이고, 전지마다 위쪽이 + 극이므로 단자 2는 1.5 V, 단자 3은 $1.5+1.5=3\,\mathrm{V}$ 이다.

오른쪽 전지열은 단자 6이 접지(0 V)이고, 단자 5는 그 아래 전지의 − 극 쪽이라 $-1.5\,\mathrm{V}$ 이다.
$V_{35}=3-(-1.5)=4.5\,\mathrm{V}$

0 V: 두 단자가 같은 전위라고 본 값이다.
1.5 V: 단자 5의 전위 부호를 +로 잘못 본 값이다.
3 V: 단자 5를 0 V로 본 값이다.

문제 16

다음 회로에서 저항 10 [Ω]에 흐르는 전류

I_{1}

이 0 [A]일 때, 저항 R에 흐르는 전류 I [A]는?

10.5

31.5

정답 및 해설

저항 R에 흐르는 전류는 0.5 A이다.

10 Ω에 전류가 흐르지 않으므로 브리지 평형 상태이고, 마주 보는 저항의 곱이 같다.
$40R=120\times 6\ \Rightarrow\ R=18\,\mathrm{\Omega}$

10 Ω을 떼어 내면 아래 경로는 6 Ω과 R의 직렬이고 전원 전압 12 V가 그대로 걸린다.
$I=\dfrac{12}{6+18}=0.5\,\mathrm{A}$

1 A: 아래 경로 저항을 12 Ω으로 본 값이다.
1.5 A: 아래 경로 저항을 8 Ω으로 본 값이다.
2 A: 아래 경로 저항을 6 Ω(R을 0으로)으로 본 값이다.

문제 17

R－L 직렬회로에 100 [V]의 직류전압을 가하면 2.5 [A]의 전류가 흐르고, 60 [Hz], 100 [V]의 교류전압을 가하면 전류가 2 [A]일 때, 유도리액턴스

X_{L}

[Ω]은?

110

220

330

440

정답 및 해설

유도리액턴스는 $30\,\mathrm{\Omega}$ 이다.

직류에서는 리액턴스가 0이므로 저항만 남는다.
$R=\dfrac{100}{2.5}=40\,\mathrm{\Omega}$

교류 임피던스: $Z=\dfrac{100}{2}=50\,\mathrm{\Omega}$
리액턴스: $X_L=\sqrt{Z^2-R^2}=\sqrt{50^2-40^2}=30\,\mathrm{\Omega}$

$10\,\mathrm{\Omega}$ : $Z=\sqrt{40^2+10^2}\approx41.2\,\mathrm{\Omega}$ 로 전류가 약 2.43 A가 된다.
$20\,\mathrm{\Omega}$ : $Z\approx44.7\,\mathrm{\Omega}$ 로 전류가 약 2.24 A가 된다.
$40\,\mathrm{\Omega}$ : $Z\approx56.6\,\mathrm{\Omega}$ 로 전류가 약 1.77 A가 된다.

문제 18

다음 회로에서

t=0

에서 스위치 SW를 닫을 때, R－L 회로의 시정수 T [s]와

i(t)

의 정상상태에서 전류[A]는? (단, 정상상태는 스위치 닫은 후 시간이 오래 지난 상태를 의미한다)

시정수 T [s] 정상상태 전류[A]

11 1

21 3

33 1

43 3

정답 및 해설

시정수는 3 s, 정상상태 전류는 3 A이다.

스위치는 8 Ω과 병렬로 연결되어 있어 닫으면 8 Ω이 단락되고, 회로 저항은 4 Ω만 남는다.

$T=\dfrac{L}{R}=\dfrac{12}{4}=3\,\mathrm{s}$
정상상태에서 인덕터는 단락과 같으므로 $i(\infty)=\dfrac{12}{4}=3\,\mathrm{A}$ 이다.

시정수 1 s·정상전류 1 A: 8 Ω이 단락되지 않았다고 보고 전체 저항 12 Ω으로 둘 다 계산한 값이다.
시정수 1 s·정상전류 3 A: 시정수만 단락 전 저항 12 Ω으로 계산한 값이다.
시정수 3 s·정상전류 1 A: 정상전류만 8 Ω이 남아 있다고 보고 $\dfrac{12}{12}$ 로 계산한 값이다.

문제 19

R－L－C 직렬회로에 200 [V] 교류 전압을 인가하고 R ＝ 30 [Ω],

X_{L}

＝ 70 [Ω],

X_{C}

＝ 30 [Ω]일 때, 유효전력[W]과 무효전력[Var]은?
유효전력[W] 무효전력[Var]

1200 600

2480 640

3600 200

4640 480

정답 및 해설

유효전력은 $480\,\mathrm{W}$ , 무효전력은 $640\,\mathrm{Var}$ 이다.

합성 리액턴스: $X=X_L-X_C=70-30=40\,\mathrm{\Omega}$
임피던스: $Z=\sqrt{30^2+40^2}=50\,\mathrm{\Omega}$
전류: $I=\dfrac{200}{50}=4\,\mathrm{A}$

유효전력: $P=I^2R=4^2\times30=480\,\mathrm{W}$
무효전력: $Q=I^2X=4^2\times40=640\,\mathrm{Var}$

200 W·600 Var 조합: $I^2R$ , $I^2X$ 어느 값과도 맞지 않는다.
600 W·200 Var 조합: 계산값과 맞지 않는다.
640 W·480 Var 조합: 유효전력과 무효전력을 뒤바꾼 값이다.

문제 20

어느 제조회사 공장에서 3상 전동기 부하의 선간전압이 200 [V], 선전류는 50 [A]이고 소비전력은 10 [kW]이다. 이 부하의 역률과 역률 개선을 위해 추가해야 할 부하는?
역률 부하

\frac{1}{\sqrt{3}}

용량성

\frac{1}{\sqrt{3}}

유도성

\frac{1}{\sqrt{2}}

용량성

\frac{1}{\sqrt{2}}

유도성

정답 및 해설

역률은 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ 이고, 이를 개선하려면 용량성 부하를 추가해야 한다.

피상전력: $S=\sqrt{3}VI=\sqrt{3}\times200\times50=10000\sqrt{3}\,\mathrm{VA}$
역률: $\cos\theta=\dfrac{P}{S}=\dfrac{10000}{10000\sqrt{3}}=\dfrac{1}{\sqrt{3}}$

전동기는 지상 전류가 흐르는 유도성 부하이므로, 진상 무효전력을 공급하는 콘덴서를 병렬로 넣어 무효전력을 상쇄한다.

$\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ ·유도성 조합: 지상 무효전력이 더 늘어 역률이 오히려 나빠진다.
$\dfrac{1}{\sqrt{2}}$ ·용량성 조합: 부하 종류는 맞지만 역률 계산값이 다르다.
$\dfrac{1}{\sqrt{2}}$ ·유도성 조합: 역률과 부하 종류가 모두 틀리다.

9급 지방직 고졸경채 전기이론 기출문제모두CBT · moducbt.com

16년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

저항기의 색깔에 의한 정격표시(KSC 0802)에서 첫째 띠의 색깔 표시와 숫자의 연결이 옳지 않은 것은?
색 숫자

1검은색 0

2갈색 1

3노랑색 5

4파랑색 6

정답 및 해설

저항 색 부호에서 노랑색은 숫자 4를 나타내므로, 노랑색을 5와 짝지은 연결이 옳지 않다.

색 부호는 검정·갈색·빨강·주황·노랑·초록·파랑·보라·회색·흰색 순으로 0~9에 대응하며, 숫자 5는 초록색이다.

검은색 0: 색 부호의 첫 값으로 옳은 연결이다.
갈색 1: 검정 다음 순서로 옳은 연결이다.
파랑색 6: 초록(5) 다음이 파랑이므로 옳은 연결이다.

문제 2

22.5

43.5

정답 및 해설

회로의 합성 정전용량은 2 μF이다.

세 콘덴서를 직렬로 연결한 합성값이 $\dfrac{C}{3}=1\,\mathrm{\mu F}$ 이므로 $C=3\,\mathrm{\mu F}$ 이다.

회로는 콘덴서 하나에 병렬 두 개(합 2C)가 직렬로 이어진 구조다.
$C_{0}=\dfrac{C\cdot 2C}{C+2C}=\dfrac{2C}{3}=\dfrac{2\times 3}{3}=2\,\mathrm{\mu F}$

3 μF: 콘덴서 한 개의 용량 C 값이다. C가 직렬로 들어간 회로의 합성 용량은 C보다 작아야 한다.
3.5 μF: 역시 C(3 μF)보다 커서 직렬 연결이 포함된 회로의 값이 될 수 없다.
2.5 μF: $\dfrac{2C}{3}$ 에 $C=3\,\mathrm{\mu F}$ 를 넣은 값과 맞지 않는다.

문제 3

다음 R－L－C 직렬 회로의 직렬 공진 조건으로 옳은 것은?

\omega^{2}LC=1

\omega LC=1

\omega^{2}RC=L

\omega RC=L

정답 및 해설

직렬 공진 조건은 $\omega^{2}LC=1$ 이다.

$\omega LC=1$ : 각주파수의 제곱이 빠져 차원이 맞지 않는다.
$\omega^{2}RC=L$ : 공진 조건에 저항 R은 관여하지 않는다.
$\omega RC=L$ : 역시 저항이 들어가 있어 리액턴스 상쇄 조건이 아니다.

문제 4

다음 중 정전기현상을 활용한 제품은?

1전기밥솥

2전기다리미

3전자레인지

4복사기

정답 및 해설

복사기는 정전기 현상을 활용한 제품이다.

감광드럼을 대전시킨 뒤 빛으로 상을 만들고, 대전된 부분에 토너 가루가 정전기적 인력으로 달라붙게 해 종이에 옮긴다.

전기밥솥: 전류의 발열 작용(줄열)을 이용한다.
전기다리미: 저항 발열체의 줄열을 이용한다.
전자레인지: 마이크로파로 음식 속 물 분자를 진동시켜 가열한다.

문제 5

다음 R－C 직렬 회로에서

t=0

의 시점에 스위치 SW를 닫은 후, 회로에 흐르는 전류

i_{c}(t)

[A]의 파형은? (단, 콘덴서 C의 초기 충전 전하량은 0이다)

1[그림]

2[그림]

3[그림]

4[그림]

정답 및 해설

충전 전류는 스위치를 닫는 순간 최대였다가 지수함수적으로 감소해 0에 가까워진다.

0에서 시작해 증가하며 포화하는 곡선: 전류가 아니라 콘덴서 전압의 충전 파형이다.
0에서 시작해 급격히 커지는 곡선: 전류가 발산하는 일은 없다.
원점에서 직선으로 증가하는 그래프: 정전류로 충전할 때의 전압 파형이며 이 회로의 전류가 아니다.

문제 6

다음 회로에서 전압 V가 일정하고, 스위치 SW를 닫은 후 전류 I가 닫기 전 전류의 2배가 되는 저항값 R [Ω]은?

21.5

42.5

정답 및 해설

저항 R은 1.5 Ω이다.

스위치를 닫으면 R이 3 Ω과 병렬이 된다.
$1+\dfrac{3R}{3+R}=2\ \Rightarrow\ 3R=3+R\ \Rightarrow\ R=1.5\,\mathrm{\Omega}$

1 Ω: 병렬값이 0.75 Ω이 되어 전류가 약 2.29배가 된다.
2 Ω: 병렬값이 1.2 Ω이 되어 전류가 약 1.82배다.
2.5 Ω: 병렬값이 약 1.36 Ω이 되어 전류가 2배에 못 미친다.

문제 7

다음 전자기 현상에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

1ㄱ, ㄴ

2ㄱ, ㄴ, ㄹ

3ㄱ, ㄷ, ㅁ

4ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ

정답 및 해설

옳은 설명은 ㄱ, ㄴ, ㄹ뿐이다.

ㄱ: 자속 변화로 코일에 기전력이 생기는 현상이 전자유도이므로 옳다.
ㄴ: 직선 전류 주위에는 동심원 모양의 자기장이 생기므로 옳다.
ㄷ: 자기 쿨롱 법칙은 $F=\dfrac{m_1 m_2}{4\pi\mu_0 r^2}$ 로 거리의 제곱에 반비례하므로 틀리다.
ㄹ: 자기력이 미치는 공간을 자기장이라 하므로 옳다.
ㅁ: 렌츠 법칙은 자속 변화를 방해하는 방향을 알려 주며, 크기는 패러데이 법칙으로 구하므로 틀리다.

문제 8

다음 R－L－C 병렬 회로에서 전류 I [A]는?

정답 및 해설

전원 전류 I는 5 A이다.

각 가지 전류를 구하면 $I_{R}=\dfrac{120}{40}=3\,\mathrm{A}$ , $I_{L}=\dfrac{120}{30}=4\,\mathrm{A}$ , $I_{C}=\dfrac{120}{15}=8\,\mathrm{A}$ 이다.

L과 C 전류는 위상이 반대라 서로 상쇄되고, 저항 전류와는 90° 차이로 합성한다.
$I=\sqrt{I_{R}^{2}+(I_{C}-I_{L})^{2}}=\sqrt{3^{2}+4^{2}}=5\,\mathrm{A}$

3 A: 저항 전류만 계산한 값이다.
4 A: 리액턴스 전류 차만 본 값이다.
6 A: 상쇄나 벡터 합성을 잘못한 값이다.

문제 9

다음 평형 3상 △결선 부하 회로에 대칭 3상 전원을 공급할 때에 3상의 소비전력이 15 [kW]이다. c상의 선이 P점에서 끊어졌을 때, 3상의 소비전력[kW]은?

27.5

310

412.5

정답 및 해설

단선 후 소비전력은 7.5 kW로 원래의 절반이 된다.

평형 시 각 상 저항에 선간전압 V가 걸리므로 $3\dfrac{V^{2}}{R}=15\,\mathrm{kW}$ , 즉 $\dfrac{V^{2}}{R}=5\,\mathrm{kW}$ 이다.

c선이 끊기면 a–b 사이에 R과 직렬 2R이 병렬로 걸린 단상 회로가 된다.
$R_{ab}=\dfrac{R\cdot 2R}{3R}=\dfrac{2R}{3},\quad P=\dfrac{V^{2}}{2R/3}=1.5\times 5=7.5\,\mathrm{kW}$

5 kW: 저항 하나에서 소비하는 전력만 센 값이다.
10 kW: 두 상의 전력이 그대로 남는다고 본 값이다.
12.5 kW: 남은 회로의 합성 저항을 잘못 구한 값이다.

문제 10

다음 회로에 3 [A]의 전류가 흐를 때, 단자 a－b 사이의 전압

V_{ab}

[V]는?

212

318

424

정답 및 해설

단자 전압 $V_{ab}$ 는 12 V이다.

따라서 합성 저항과 전압은 다음과 같다.
$R_{ab}=\dfrac{(2+6)(2+6)}{(2+6)+(2+6)}=4\,\mathrm{\Omega}$
$V_{ab}=3\times 4=12\,\mathrm{V}$

6 V: 합성 저항을 2 Ω으로 잘못 본 값이다.
18 V: 합성 저항을 6 Ω으로 본 값이다.
24 V: 두 갈래 병렬을 무시하고 한 경로 저항 8 Ω만 쓴 값이다.

문제 11

자석의 성질에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1같은 극성의 자석은 서로 반발한다.

2자력이 강할수록 자력선의 수가 많다.

3자석은 고온이 되면 자력이 증가한다.

4자력선은 N극에서 나와 S극으로 향한다.

정답 및 해설

자석은 고온이 되면 자력이 감소하므로, 자력이 증가한다는 설명이 옳지 않다.

온도가 오르면 열운동으로 자구 배열이 흐트러져 자화가 약해지고, 퀴리 온도 이상에서는 강자성을 잃는다.

같은 극성의 자석이 서로 반발한다는 설명은 옳다.
자력이 강할수록 자력선의 수가 많다는 설명은 옳다.
자력선이 N극에서 나와 S극으로 향한다는 설명은 옳다.

문제 12

교류 전압

v(t)=200\sin 120\pi t

\frac{200}{\pi}

\frac{200}{\pi}

\frac{400}{\pi}

\frac{400}{\pi}

정답 및 해설

평균값은 $\dfrac{400}{\pi}\,\mathrm{V}$ , 주파수는 $60\,\mathrm{Hz}$ 이다.

최댓값 $V_m=200\,\mathrm{V}$ , 각주파수 $\omega=120\pi\,\mathrm{rad/s}$ 이다.

평균값: $V_{av}=\dfrac{2V_m}{\pi}=\dfrac{2\times200}{\pi}=\dfrac{400}{\pi}\,\mathrm{V}$
주파수: $f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{120\pi}{2\pi}=60\,\mathrm{Hz}$

평균값 $\dfrac{200}{\pi}$ ·50 Hz 조합: 평균값의 2배를 빠뜨렸고 주파수도 맞지 않는다.
평균값 $\dfrac{200}{\pi}$ ·60 Hz 조합: 주파수는 맞지만 평균값이 절반이다.
평균값 $\dfrac{400}{\pi}$ ·50 Hz 조합: 평균값은 맞지만 $\omega=120\pi$ 에 맞지 않는다.

문제 13

△결선인 평형 3상 교류 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1상전압과 선간전압은 크기가 같다.

2상전압과 선간전압은 위상이 같다.

3선전류는 상전류보다 위상이

\frac{\pi}{3}

[rad] 앞선다.

4선전류의 크기는 상전류보다

\sqrt{3}

배 크다.

정답 및 해설

△결선에서 선전류는 상전류보다 위상이 $\dfrac{\pi}{6}\,\mathrm{rad}$ 뒤진다. 따라서 $\dfrac{\pi}{3}$ 앞선다는 설명이 옳지 않다.

△결선은 각 상이 두 선 사이에 바로 걸리므로 상전압 = 선간전압이고, 선전류는 두 상전류의 페이저 차라서 $I_l=\sqrt{3}\,I_p\angle -30^\circ$ 가 된다.

상전압과 선간전압의 크기가 같다는 설명은 옳다.
상전압과 선간전압의 위상이 같다는 설명은 옳다.
선전류의 크기가 상전류의 $\sqrt{3}$ 배라는 설명은 옳다.

문제 14

공기 중에 자속밀도가 5 [Wb/m²]인 평등 자기장 내에 길이 40 [cm]의 도체를 자기장의 방향과 각도

\theta

를 유지하고, 전류 2 [A]를 흘릴 때에 도체가 받는 힘의 크기가 2 [N]이다. 도체가 자기장과 유지하는 각도

\theta

[°]는?

115

230

345

460

정답 및 해설

힘 공식에서 $\sin\theta=0.5$ 가 되므로 도체와 자기장이 이루는 각은 $30^\circ$ 이다.

공식: $F=BIl\sin\theta$ (길이 $l=40\,\mathrm{cm}=0.4\,\mathrm{m}$ )
대입: $2=5\times2\times0.4\times\sin\theta=4\sin\theta$
결과: $\sin\theta=0.5\;\Rightarrow\;\theta=30^\circ$

$15^\circ$ : $F=4\sin15^\circ\approx1.04\,\mathrm{N}$ 로 작다.
$45^\circ$ : $F=4\sin45^\circ\approx2.83\,\mathrm{N}$ 로 크다.
$60^\circ$ : $F=4\sin60^\circ\approx3.46\,\mathrm{N}$ 로 크다.

문제 15

다음 그림과 같이 전지를 접속하였을 때, 단자 3과 5사이의 전위차

V_{35}

[V]는?

21.5

44.5

정답 및 해설

단자 3과 5 사이 전위차는 4.5 V이다.

왼쪽 전지열은 아래가 접지라 단자 1이 0 V이고, 전지마다 위쪽이 + 극이므로 단자 2는 1.5 V, 단자 3은 $1.5+1.5=3\,\mathrm{V}$ 이다.

오른쪽 전지열은 단자 6이 접지(0 V)이고, 단자 5는 그 아래 전지의 − 극 쪽이라 $-1.5\,\mathrm{V}$ 이다.
$V_{35}=3-(-1.5)=4.5\,\mathrm{V}$

0 V: 두 단자가 같은 전위라고 본 값이다.
1.5 V: 단자 5의 전위 부호를 +로 잘못 본 값이다.
3 V: 단자 5를 0 V로 본 값이다.

문제 16

다음 회로에서 저항 10 [Ω]에 흐르는 전류

I_{1}

이 0 [A]일 때, 저항 R에 흐르는 전류 I [A]는?

10.5

31.5

정답 및 해설

저항 R에 흐르는 전류는 0.5 A이다.

10 Ω에 전류가 흐르지 않으므로 브리지 평형 상태이고, 마주 보는 저항의 곱이 같다.
$40R=120\times 6\ \Rightarrow\ R=18\,\mathrm{\Omega}$

10 Ω을 떼어 내면 아래 경로는 6 Ω과 R의 직렬이고 전원 전압 12 V가 그대로 걸린다.
$I=\dfrac{12}{6+18}=0.5\,\mathrm{A}$

1 A: 아래 경로 저항을 12 Ω으로 본 값이다.
1.5 A: 아래 경로 저항을 8 Ω으로 본 값이다.
2 A: 아래 경로 저항을 6 Ω(R을 0으로)으로 본 값이다.

문제 17

R－L 직렬회로에 100 [V]의 직류전압을 가하면 2.5 [A]의 전류가 흐르고, 60 [Hz], 100 [V]의 교류전압을 가하면 전류가 2 [A]일 때, 유도리액턴스

X_{L}

[Ω]은?

110

220

330

440

정답 및 해설

유도리액턴스는 $30\,\mathrm{\Omega}$ 이다.

직류에서는 리액턴스가 0이므로 저항만 남는다.
$R=\dfrac{100}{2.5}=40\,\mathrm{\Omega}$

교류 임피던스: $Z=\dfrac{100}{2}=50\,\mathrm{\Omega}$
리액턴스: $X_L=\sqrt{Z^2-R^2}=\sqrt{50^2-40^2}=30\,\mathrm{\Omega}$

$10\,\mathrm{\Omega}$ : $Z=\sqrt{40^2+10^2}\approx41.2\,\mathrm{\Omega}$ 로 전류가 약 2.43 A가 된다.
$20\,\mathrm{\Omega}$ : $Z\approx44.7\,\mathrm{\Omega}$ 로 전류가 약 2.24 A가 된다.
$40\,\mathrm{\Omega}$ : $Z\approx56.6\,\mathrm{\Omega}$ 로 전류가 약 1.77 A가 된다.

문제 18

다음 회로에서

t=0

에서 스위치 SW를 닫을 때, R－L 회로의 시정수 T [s]와

i(t)

의 정상상태에서 전류[A]는? (단, 정상상태는 스위치 닫은 후 시간이 오래 지난 상태를 의미한다)

시정수 T [s] 정상상태 전류[A]

11 1

21 3

33 1

43 3

정답 및 해설

시정수는 3 s, 정상상태 전류는 3 A이다.

스위치는 8 Ω과 병렬로 연결되어 있어 닫으면 8 Ω이 단락되고, 회로 저항은 4 Ω만 남는다.

$T=\dfrac{L}{R}=\dfrac{12}{4}=3\,\mathrm{s}$
정상상태에서 인덕터는 단락과 같으므로 $i(\infty)=\dfrac{12}{4}=3\,\mathrm{A}$ 이다.

시정수 1 s·정상전류 1 A: 8 Ω이 단락되지 않았다고 보고 전체 저항 12 Ω으로 둘 다 계산한 값이다.
시정수 1 s·정상전류 3 A: 시정수만 단락 전 저항 12 Ω으로 계산한 값이다.
시정수 3 s·정상전류 1 A: 정상전류만 8 Ω이 남아 있다고 보고 $\dfrac{12}{12}$ 로 계산한 값이다.

문제 19

R－L－C 직렬회로에 200 [V] 교류 전압을 인가하고 R ＝ 30 [Ω],

X_{L}

＝ 70 [Ω],

X_{C}

＝ 30 [Ω]일 때, 유효전력[W]과 무효전력[Var]은?
유효전력[W] 무효전력[Var]

1200 600

2480 640

3600 200

4640 480

정답 및 해설

유효전력은 $480\,\mathrm{W}$ , 무효전력은 $640\,\mathrm{Var}$ 이다.

합성 리액턴스: $X=X_L-X_C=70-30=40\,\mathrm{\Omega}$
임피던스: $Z=\sqrt{30^2+40^2}=50\,\mathrm{\Omega}$
전류: $I=\dfrac{200}{50}=4\,\mathrm{A}$

유효전력: $P=I^2R=4^2\times30=480\,\mathrm{W}$
무효전력: $Q=I^2X=4^2\times40=640\,\mathrm{Var}$

200 W·600 Var 조합: $I^2R$ , $I^2X$ 어느 값과도 맞지 않는다.
600 W·200 Var 조합: 계산값과 맞지 않는다.
640 W·480 Var 조합: 유효전력과 무효전력을 뒤바꾼 값이다.

문제 20

\frac{1}{\sqrt{3}}

용량성

\frac{1}{\sqrt{3}}

유도성

\frac{1}{\sqrt{2}}

용량성

\frac{1}{\sqrt{2}}

유도성

정답 및 해설

역률은 $\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ 이고, 이를 개선하려면 용량성 부하를 추가해야 한다.

피상전력: $S=\sqrt{3}VI=\sqrt{3}\times200\times50=10000\sqrt{3}\,\mathrm{VA}$
역률: $\cos\theta=\dfrac{P}{S}=\dfrac{10000}{10000\sqrt{3}}=\dfrac{1}{\sqrt{3}}$

전동기는 지상 전류가 흐르는 유도성 부하이므로, 진상 무효전력을 공급하는 콘덴서를 병렬로 넣어 무효전력을 상쇄한다.

$\dfrac{1}{\sqrt{3}}$ ·유도성 조합: 지상 무효전력이 더 늘어 역률이 오히려 나빠진다.
$\dfrac{1}{\sqrt{2}}$ ·용량성 조합: 부하 종류는 맞지만 역률 계산값이 다르다.
$\dfrac{1}{\sqrt{2}}$ ·유도성 조합: 역률과 부하 종류가 모두 틀리다.