2016년 16회 소방수리학·약제화학 및 소방전기 기출문제 해설 페이지

④

뉴턴의 점성법칙은 유체 내의 전단응력(τ)이 속도기울기(du/dy)에 비례한다는 법칙으로, τ = μ * (du/dy)로 표현됩니다. 여기서 비례상수 μ가 점성계수입니다. 따라서 점성계수, 속도기울기, 전단응력은 모두 이 법칙과 직접적인 관련이 있습니다. 압력은 베르누이 방정식 등 다른 유체 역학 원리와 관련이 깊습니다.

①

푸리에의 열전도 법칙(q = -k * A * (dT/dx))을 이용하여 계산합니다. 단위면적당 열량(q/A) = k * (T1-T2) / L = 4 J/(m·hr·K) * (800K - 100K) / 0.2m = 4 * 700 / 0.2 = 14,000 J/(m²·hr). (온도차는 섭씨(℃)와 켈빈(K)에서 동일하므로 변환 없이 사용 가능합니다.)

③

수력구배선(Hydraulic Grade Line, HGL)은 위치수두와 압력수두의 합을 이은 선입니다. 에너지선(Energy Grade Line, EGL)이 위치수두, 압력수두, 속도수두의 합을 이은 선입니다. 따라서 ③번 설명은 옳지 않습니다.

②

토리첼리의 정리에 따르면 오리피스에서의 유속(v)은 수위(h)의 제곱근에 비례하고(v ∝ √h), 유량(Q)은 유속에 비례하므로 유량 또한 수위의 제곱근에 비례합니다(Q ∝ √h). 수위가 h에서 (1/4)h로 감소했으므로, 새로운 유량 Q'는 Q' ∝ √(1/4)h = (1/2)√h 입니다. 따라서 Q' = (1/2)Q가 됩니다.

②

1. 절대온도 변환: T = 35℃ + 273.15 = 308.15 K.

2. 이상기체 상태방정식(P = ρRT)을 이용하여 밀도(ρ) 계산: ρ = P / (R * T) = 6,000,000 Pa / (286.8 J/kg·K * 308.15 K) ≈ 68.04 kg/m³.

3. 비중량(γ) 계산: γ = ρ * g = 68.04 kg/m³ * 9.8 m/s² ≈ 666.79 N/m³.

①

레이놀드 수(Re) 공식 Re = (v * D) / ν 를 변형하여 유속(v)을 구합니다. 층류의 최대 유속은 임계레이놀드 수(2,100)를 기준으로 계산합니다. v = (Re * ν) / D = (2100 * 1.006 * 10⁻⁶ m²/s) / 0.1m ≈ 0.0211 m/s.

③

하이젠-윌리암스 식에서 마찰손실수두(ΔP)는 조도계수(C)의 1.85승에 **반비례**합니다. 조도계수(C)는 관의 매끄러운 정도를 나타내는 값으로, 클수록 마찰 손실이 작아집니다. 따라서 ③번 설명은 옳지 않습니다.

②

레이놀드 수가 2,100 이하이므로 층류에 해당합니다. 층류에서의 마찰손실계수(f)는 f = 64 / Re 로 계산합니다. 따라서 f = 64 / 1000 = 0.064 입니다.

①

공동현상은 펌프 흡입측 압력이 낮아져 물이 기화하면서 발생합니다. 방지대책으로는 펌프 설치위치를 낮추어 흡입양정을 짧게 하고(②), 흡입관의 마찰손실을 줄이며(③), 양흡입 펌프를 사용(④)하는 등 유효흡입수두(NPSHa)를 크게 하는 방법들이 있습니다. 수조 밑의 배수밸브는 청소나 배수를 위한 것으로, 공동현상 방지와는 직접적인 관련이 없습니다.

④

제3종 분말소화약제의 주성분은 제일인산암모늄(NH₄H₂PO₄)입니다. ㄱ(KHCO₃)은 제2종 분말의 주성분입니다. 제3종 분말은 A, B, C급 화재 모두에 적응성이 있으며(ㄴ), 열분해 시 생성되는 메타인산(HPO₃)이 방진 작용을 하여 A급 화재에 효과적입니다(ㄹ). 착색은 일반적으로 담홍색을 하므로(ㄷ), 보기에서는 ㄴ, ㄷ, ㄹ이 제3종 분말의 특징입니다. (단, 문제의 정답은 'ㄴ,ㄹ'로 되어 있어 착색(ㄷ)을 제외하고 있습니다. 착색은 법적 의무사항이 아닐 수 있어 핵심 특징으로 보지 않은 것으로 추정됩니다.)

①,④

이산화탄소(CO₂)는 탄소(비금속)와 산소(비금속)가 전자를 공유하는 공유결합 물질입니다. 따라서 ①번 '이온결합 물질'은 옳지 않습니다. 또한 삼중점은 고체, 액체, 기체가 공존하는 특정 온도와 압력을 의미하는데, 이산화탄소의 삼중점은 약 -56.6℃, 5.11atm 입니다. 따라서 ④번 '-56℃, 1기압' 이라는 설명도 옳지 않습니다. (이 문제는 복수 정답으로 처리되었습니다.)

②

포소화약제는 물거품(포)을 형성하여 유류 등 가연물의 표면을 덮음으로써 공기 중의 산소 공급을 차단하는 것이 주된 소화 원리입니다. 이처럼 산소 공급을 차단하여 소화하는 방법을 질식소화라고 합니다. 포에 포함된 수분에 의한 냉각 효과도 일부 있습니다.

②

필요한 열량은 현열(온도 상승에 필요한 열)과 잠열(상태 변화에 필요한 열)의 합으로 구합니다.

1. 현열 계산(20℃ 물 -> 100℃ 물): Q1 = 질량(m) * 비열(c) * 온도변화(ΔT) = 10kg * 4.2kJ/kg·K * (100-20)K = 3,360 kJ.

2. 잠열 계산(100℃ 물 -> 100℃ 수증기): Q2 = 질량(m) * 증발잠열 = 10kg * 2,263.8kJ/kg = 22,638 kJ.

3. 총 열량: Q1 + Q2 = 3,360 kJ + 22,638 kJ = 25,998 kJ.

④

할로겐 원소는 주기율표의 17족 원소들을 말하며, 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 아스타틴(At)이 포함됩니다. 네온(Ne)은 18족에 속하는 비활성 기체입니다.

③

희석 전후 용액에 포함된 약제의 양은 동일합니다. (희석 전 농도 * 희석 전 용액 질량) = (희석 후 농도 * 희석 후 용액 질량). 초기 약제량 = 1kg * 0.065 = 0.065kg. 희석 후 전체 용액의 질량(M) = 약제량 / 희석 후 농도 = 0.065kg / 0.015 ≈ 4.333kg. 따라서 추가해야 할 물의 양 = 희석 후 전체 질량 - 희석 전 질량 = 4.333kg - 1kg = 3.333kg.

①

할로겐화합물소화설비의 화재안전기준(NFSC 107) 제6조에 따르면, 축압식 저장용기의 충전압력은 20℃ 기준으로 할론 1211의 경우 1.1MPa 또는 2.5MPa이고, 할론 1301의 경우 2.5MPa 또는 4.2MPa입니다. 따라서 ㄱ은 할론 1211, ㄴ은 할론 1301입니다.

①

콘덴서(커패시터)의 정전용량(C)은 C = ε * (A/d)로 계산됩니다. 여기서 ε는 '유전율'이며, A는 극판의 면적, d는 극판 사이의 간격입니다. 정전용량은 유전율에 비례하며, 투자율(μ)은 코일의 인덕턴스와 관련된 자기적 성질입니다. 따라서 ①번 설명은 옳지 않습니다.

④

전지 3개를 병렬 연결했을 때, 전체 기전력은 E로 동일하고, 전체 내부저항은 r/3이 됩니다. 이 회로에 부하저항 R이 연결되어 있으므로, 전체 회로의 저항은 (R + r/3)입니다. 옴의 법칙(I = V/R)에 따라 전체 전류 I = E / (R + r/3) = E / ((3R+r)/3) = 3E / (3R + r) 입니다.

③

일반적으로 표시되는 교류 전압(220V)은 실효값입니다. 교류 전압의 최대값(V_max)은 실효값(V_rms)에 루트 2(√2 ≈ 1.414)를 곱하여 구합니다. 따라서 최대값 = 220V * √2 ≈ 220 * 1.414 ≈ 311.08 V 입니다.

④

전선의 저항(R)은 R = ρ * (L/A) 공식으로 계산합니다. 단위를 m로 통일합니다. 길이(L) = 2km = 2000m. 단면적(A) = 1.5㎟ = 1.5 * 10⁻⁶ m². 저항(R) = (1.72 * 10⁻⁸ Ω·m) * (2000m / (1.5 * 10⁻⁶ m²)) = (1.72 * 2000 / 1.5) * 10⁻² ≈ 22.93 Ω.

②

전기설비기술기준에 따르면, 400V 미만의 저압용 기기 및 기구의 외함에는 제3종 접지공사를 실시하며, 접지저항값은 100Ω 이하여야 합니다. 특별 제3종 접지공사는 400V 이상 저압용 기기에 적용하며 10Ω 이하입니다.

④

교류전력에서 kW(킬로와트)는 실제로 일을 하는 전력인 '유효전력'의 단위입니다. '피상전력'은 전압과 전류의 실효값을 단순히 곱한 값으로, 단위는 VA 또는 kVA(킬로볼트암페어)를 사용합니다. 따라서 ④번 설명은 옳지 않습니다.

③

피드백 제어(폐루프 제어) 시스템의 가장 핵심적인 특징은 출력값을 다시 입력측으로 되먹임하여 목표값(입력)과 비교하고, 그 오차를 보정하여 제어하는 것입니다. 따라서 '입력과 출력을 비교하는 기능'이 있다는 설명이 옳습니다. 일반적으로 피드백 제어는 감도가 감소하고 대역폭은 증가하며, 구조가 복잡합니다.

②

주어진 논리회로의 출력 X는 X = A' + (A·B)' 입니다. 드 모르간의 법칙에 따라 (A·B)' = A' + B' 이므로, 식을 변환하면 X = A' + (A' + B') = A' + B' 입니다. 이는 입력 A, B에 대한 NOR 게이트의 출력과 같습니다. (단, 문제의 정답이 OR로 되어 있는 것은 회로 해석의 오류 또는 문제 자체의 오류일 수 있습니다. 회로를 다시 보면, X = A' + (NAND(A,B)) 입니다. 진리표를 작성하면 A=0,B=0 -> X=1+1=1; A=0,B=1 -> X=1+1=1; A=1,B=0 -> X=0+1=1; A=1,B=1 -> X=0+0=0. 이 결과는 NAND 게이트의 출력과 동일합니다. 여전히 보기와 맞지 않아 문제 자체에 오류가 있을 가능성이 높습니다.)

③

그림의 회로는 '자기유지회로'입니다. BS₁(a접점)를 누르면 릴레이 X가 여자되고, X의 a접점이 닫히면서 BS₁에서 손을 떼도 계속 전류가 흘러 상태를 유지합니다. 동시에 L도 점등됩니다. 이 회로는 코일 X가 자기 자신의 접점을 동작시켜 상태를 유지하는 것이므로 '자기유지회로'라고 합니다. '인터록 회로'는 두 개 이상의 회로가 동시에 동작하지 않도록 서로를 제어하는 회로를 말합니다.