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2019년 19회 소방수리학·약제화학 및 소방전기 해설 페이지
1번
이상기체의 부피변화와 관련된 것은?
①아르키메데스(Archimedes)의 원리
②아보가드로(Avogadro)의 법칙
③베르누이(Bernoulli)의 정리
④하젠-윌리엄스(Hazen-Williams)의 공식
②
아보가드로의 법칙은 '동일한 온도와 압력에서 모든 기체는 같은 부피 속에 같은 수의 분자를 포함한다'는 법칙으로, 기체의 몰수와 부피의 관계를 설명합니다. 이는 이상기체의 부피 변화와 직접적인 관련이 있습니다. ①은 부력, ③은 유체의 에너지 보존, ④는 배관 마찰손실에 관한 것입니다.
2번
모세관 현상으로 인해 물이 상승할 때, 그 상승높이에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①관의 직경에 비례한다.
②표면장력에 비례한다.
③물의 비중량에 반비례한다.
④수면과 관의 접촉각이 커질수록 감소한다.
①
모세관 상승 높이(h)는 h = (4σcosθ) / (γd) 공식으로 나타낼 수 있습니다. (σ: 표면장력, θ: 접촉각, γ: 비중량, d: 관 직경). 이 식에서 상승 높이(h)는 관의 직경(d)에 **반비례**합니다. 즉, 관이 가늘수록 물이 더 높이 올라갑니다.
3번
다시-바이스바하(Darcy-Weisbach) 공식에서 마찰손실수두에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①관의 직경에 반비례한다.
②관의 길이에 비례한다.
③마찰손실계수에 비례한다.
④유속에 반비례한다.
④
다시-바이스바흐 공식은 hL = f * (L/D) * (v²/2g) 입니다. 이 식에서 마찰손실수두(hL)는 유속(v)의 **제곱에 비례**합니다. 유속이 빨라질수록 마찰 손실은 급격하게 커집니다. '유속에 반비례한다'는 설명은 옳지 않습니다.
4번
상·하판의 간격이 5cm인 두 판 사이에 점성계수가 0.001 N·s/㎡인 뉴턴 유체 (Newtonian fluid)가 있다. 상판이 수평방향으로 2.5 m/s로 움직일 때, 발생하는 전단응력 (N/㎡)은? (단, 하판은 고정되어 있다.)
①0.05
②0.50
③5.00
④50.0
①
뉴턴의 점성법칙 τ = μ * (dv/dy)를 이용합니다. τ는 전단응력, μ는 점성계수, dv/dy는 속도구배입니다. 속도구배 = 속도차 / 간격 = (2.5 m/s - 0 m/s) / 0.05m = 50 s⁻¹. 따라서 전단응력 τ = 0.001 N·s/㎡ * 50 s⁻¹ = 0.05 N/㎡.
5번
전양정이 30m인 펌프가 물을 0.03 m³/s로 수송할 때, 펌프의 축동력(kW)은 약 얼마인가? (단, 물의 비중량은 9,800 N/m³, 중력가속도는 9.8 m/s², 펌프의 효율은 60%이다.)
①1.44
②1.47
③14.7
④144
③
펌프의 축동력(P) 계산 공식 P(W) = (γ * Q * H) / η 를 이용합니다. 여기서 γ는 비중량, Q는 유량, H는 전양정, η는 효율입니다. P = (9800 N/m³ * 0.03 m³/s * 30m) / 0.6 = 8820 / 0.6 = 14,700 W = 14.7 kW.
6번
배관 내 평균유속 5m/s로 물이 흐르고 있다가 갑작스런 밸브의 잠김으로 발생되는 압력상승 (MPa)은 약 얼마인가? (단, 물의 비중량은 9,800 N/m³, 유체 내 압축파의 전달속도는 1,494 m/s, 중력가속도는 9.8 m/s²이다.)
①7.32
②7.47
③73.2
④74.7
②
수격작용에 의한 압력상승(ΔP)은 ΔP = ρ * c * Δv 공식으로 계산합니다. 여기서 ρ는 밀도, c는 압축파 전달속도, Δv는 유속 변화량입니다. 밀도 ρ = 비중량/g = 9800/9.8 = 1000 kg/m³. ΔP = 1000 kg/m³ * 1494 m/s * 5 m/s = 7,470,000 Pa = 7.47 MPa.
7번
폭이 a이고 높이가 b인 직사각형 단면을 갖는 배관의 마찰손실수두를 계산할 때, 수력반경(hydraulic radius)은?
①2ab / (a+b)
②ab / (2(a+b))
③(a+b) / (2ab)
④(a+b) / (4ab)
②
수력반경(R_h)은 유체가 흐르는 단면적(A)을 접수길이(P, 유체가 관 벽에 접하는 둘레)로 나눈 값입니다. 직사각형 관에서 단면적 A = a * b 이고, 접수길이 P = 2 * (a + b) 입니다. 따라서 R_h = A / P = ab / (2(a+b)) 입니다.
8번
층류 상태로 직경 5cm인 원형관 내 흐를 수 있는 물의 최대 유량 (m³/s)은 약 얼마인가? (단, 물의 비중량은 9,800 N/m³, 물의 점성계수는 10x10⁻³ N·s/m², 층류의 상한계 레이놀즈(Reynolds)수는 2,000, 중력가속도는 9.8 m/s², 원주율은 3.0이다.)
①7.35 x 10⁻⁵
②7.50 x 10⁻⁵
③7.35 x 10⁻²
④7.50 x 10⁻²
①,②,③,④
1. 밀도(ρ) = γ/g = 9800/9.8 = 1000 kg/m³.
2. 최대 유속(v) 계산 (Re = ρvD/μ): v = (Re*μ)/(ρ*D) = (2000*10*10⁻³)/(1000*0.05) = 0.4 m/s.
3. 단면적(A) = πr² = 3*(0.025)² = 0.001875 m².
4. 최대 유량(Q) = A*v = 0.001875*0.4 = 0.00075 m³/s = 7.5 x 10⁻⁴ m³/s. (계산 결과가 보기와 현저히 달라, 문제의 수치 또는 보기, 정답에 오류가 있어 전항 정답 처리된 것으로 보입니다.)
9번
관수로 흐름의 유량을 측정할 수 없는 장치는?
①피토관(Pitot tube)
②오리피스(Orifice)
③벤추리미터(Venturi meter)
④파샬플룸(Parshall flume)
④
피토관은 유속을 측정하여 유량을 계산할 수 있고, 오리피스와 벤추리미터는 압력차를 이용하여 유량을 측정하는 대표적인 장치입니다. 이들은 모두 관수로(폐쇄된 관)의 유량 측정에 사용됩니다. 파샬플룸은 개수로(뚜껑이 없는 수로)의 유량을 측정하는 장치입니다.
10번
분말소화약제에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①분말의 안식각이 작을수록 유동성이 커진다.
②제1종 분말소화약제를 저장하는 경우 분말소화약제 1kg 당 저장용기의 내용적은 0.8L이다.
③제2종 분말소화약제의 주성분은 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이다.
④제3종 분말소화약제의 주성분은 제1인산암모늄(NH₄H₂PO₄)이다.
③
분말소화약제의 종류별 주성분은 다음과 같습니다. 제1종: 탄산수소나트륨(NaHCO₃), 제2종: 탄산수소칼륨(KHCO₃), 제3종: 제1인산암모늄(NH₄H₂PO₄). 따라서 제2종 분말의 주성분이 탄산수소나트륨이라는 설명은 옳지 않습니다.
11번
이산화탄소소화설비의 화재안전기준상 소화에 필요한 이산화탄소의 설계농도(%)가 가장 높은 것은?
①프로판
②에틸렌
③산화에틸렌
④에탄
③
이산화탄소소화설비의 화재안전기준(NFSC 106) [별표 1]에 따르면, 각 가연물의 설계농도는 다음과 같습니다. 프로판: 37%, 에틸렌: 49%, 산화에틸렌: 75%, 에탄: 40%. 따라서 설계농도가 가장 높은 것은 산화에틸렌입니다.
12번
1기압 20℃에서 기체상태로 존재하는 것을 모두 고른 것은?
ㄱ. Halon 1211
ㄴ. Halon 1301
ㄷ. Halon 2402
①ㄱ, ㄴ
②ㄱ, ㄷ
③ㄴ, ㄷ
④ㄱ, ㄴ, ㄷ
①
각 할론 소화약제의 비점(끓는점)은 다음과 같습니다. Halon 1211: 약 -4℃. Halon 1301: 약 -57.8℃. Halon 2402: 약 47.3℃. 상온(20℃)에서 기체 상태로 존재하려면 비점이 상온보다 낮아야 합니다. 따라서 Halon 1211과 Halon 1301이 기체 상태로 존재합니다.
13번
단백포소화약제 3%형 18L를 이용하여 팽창비가 5가 되도록 포를 방출할 때 발생된 포의 체적(m³)은?
①0.08
②0.3
③3.0
④6.0
③
1. 포 수용액의 전체 부피 계산: 수용액 부피 = 원액 부피 / 농도 = 18L / 0.03 = 600L.
2. 발생된 포의 체적 계산: 포 체적 = 수용액 부피 × 팽창비 = 600L × 5 = 3,000L.
3. 단위 변환: 3,000L = 3 m³.
14번
물에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①압력이 감소함에 따라 비등점은 낮아진다.
②물의 기화열은 융해열보다 크다.
③물의 표면장력을 낮추는 경우 침투성이 강화된다.
④온도가 상승할수록 물의 점도는 증가한다.
④
액체는 일반적으로 온도가 상승하면 분자 간의 인력이 약해져 유동성이 커지므로 점도는 **감소**합니다. 물 또한 온도가 올라갈수록 점도가 낮아집니다.
15번
연소에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①자기반응성 물질은 외부에서 공급되는 산소가 없는 경우 연소하지 않는다.
②연소는 산화반응의 일종이다.
③메탄이 완전연소를 하는 경우 이산화탄소가 발생한다.
④일산화탄소는 연소가 가능한 가연성물질이다.
①
자기반응성 물질(제5류 위험물)은 분자 내에 산소를 포함하고 있어 외부의 산소 공급 없이도 스스로 가열·분해하여 연소 또는 폭발할 수 있습니다. '산소가 없는 경우 연소하지 않는다'는 설명은 옳지 않습니다.
16번
벤추리관의 벤추리작용을 이용하는 기계포 소화약제의 혼합방식을 모두 고른 것은?
ㄱ. 프레져 사이드 푸로포셔너방식
ㄴ. 라인 푸로포셔너방식
ㄷ. 프레져 푸로포셔너방식
①ㄱ, ㄴ
②ㄱ, ㄷ
③ㄴ, ㄷ
④ㄱ, ㄴ, ㄷ
③
포 소화약제 혼합방식 중 벤추리 효과(유속이 빨라지는 지점에서 압력이 낮아지는 현상)를 이용하는 것은 라인 프로포셔너와 프레져 프로포셔너 방식입니다. 프레져 사이드 프로포셔너 방식은 펌프와 발포기 중간에 설치된 압입용 펌프로 포 원액을 압입하여 혼합하는 방식입니다.
17번
다음 진리표를 만족하는 시퀀스 회로를 설계하고자 한다. 출력에 관한 논리식으로 옳지 않은 것은?
①X = A'·B' + A·B' + A·B
②X = A' + A·B
③X = A'·B' + A
④X = A + B'
②
주어진 진리표를 카르노맵이나 불대수를 이용하여 간략화하면 X = A + B' 가 됩니다. ④는 최종 간략화된 식입니다. ①은 진리표의 출력(X=1)을 그대로 옮긴 최소항의 합(SOP) 형태입니다. ③ A'·B' + A = (A+A')·(A+B') = 1·(A+B') = A+B' 이므로 간략화하면 ④와 같습니다. ② A' + A·B = (A'+A)·(A'+B) = 1·(A'+B) = A'+B 이므로 주어진 진리표와 다릅니다.
18번
전기력선의 기본 성질에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①전기력선은 서로 교차하지 않는다.
②전계의 세기는 전기력선의 밀도와 같다.
③전기력선은 등전위면과 직교한다.
④전계의 세기는 도체 내부에서 가장 크다.
④
정전 평형 상태에 있는 도체의 내부는 모든 지점의 전위가 같고(등전위), 전하가 이동하지 않으므로 전계의 세기는 0입니다. 전하는 도체 표면에만 분포하며, 전계는 도체 표면에서 가장 강합니다.
19번
다음 그림과 같이 직렬로 접속된 2개의 코일에 10A의 전류를 흘릴 경우, 합성 코일에 발생하는 에너지(J)는 얼마인가? (단, 결합계수는 0.6이다.)
①4
②10
③12
④16
④
1. 상호 인덕턴스(M) 계산: M = k * sqrt(L1 * L2) = 0.6 * sqrt(0.1H * 0.1H) = 0.06 H.
2. 합성 인덕턴스(L) 계산: 그림은 가극성 접속(자속이 더해지는 방향)이므로 L = L1 + L2 + 2M = 0.1H + 0.1H + 2*0.06H = 0.32 H.
3. 코일 에너지(W) 계산: W = (1/2) * L * I² = 0.5 * 0.32H * (10A)² = 16 J.
20번
동일한 배터리와 전구를 사용하여 그림과 같이 2개의 회로를 구성하였다. 다음 중 옳은 것은?
①모든 전구의 밝기는 동일하다.
②모든 배터리의 사용시간은 동일하다.
③전구 C는 전구 A보다 밝다.
④배터리 B의 사용시간은 배터리 A보다 길다.
③
왼쪽 회로는 전구 A, B가 직렬 연결되어 있고, 오른쪽 회로는 전구 C, D가 병렬 연결되어 있습니다. 직렬 회로는 전체 저항이 커져 각 전구에 흐르는 전류가 작아지므로 어둡습니다. 병렬 회로는 각 전구에 배터리 전압이 모두 걸리고 전류가 많이 흘러 더 밝습니다. 따라서 전구 C와 D는 전구 A와 B보다 밝습니다. 또한 병렬 회로는 전체 전류 소모가 크므로 배터리 B의 사용 시간은 배터리 A보다 짧습니다.
21번
정전용량 1F에 해당하는 것은?
①1V의 전압을 가하여 1C의 전하가 축적된 경우
②1W의 전력을 1초 동안 사용한 경우
③1C의 전하가 1초 동안 흐른 경우
④1C의 전하가 이동하여 1J의 일을 한 경우
①
정전용량(C, 패럿)의 정의는 C = Q/V 입니다. 즉, 1F(패럿)은 1V의 전압을 가했을 때 1C(쿨롱)의 전하가 축적되는 정전용량을 의미합니다. ②는 1J, ③은 1A, ④는 1V에 대한 정의입니다.
22번
그림과 같은 저항기의 값이 4.7MΩ이고 허용오차가 ±10%일 때, 이 저항기의 색띠(color code)를 바르게 나열한 것은?
①제1색띠:적색, 제2색띠:청색, 제3색띠:황색, 제4색띠:금색
②제1색띠:녹색, 제2색띠:회색, 제3색띠:청색, 제4색띠:금색
③제1색띠:황색, 제2색띠:자색, 제3색띠:녹색, 제4색띠:은색
④제1색띠:등색, 제2색띠:녹색, 제3색띠:회색, 제4색띠:은색
③
4.7MΩ ±10%를 색띠로 변환합니다. 첫 번째 숫자 4는 황색, 두 번째 숫자 7은 자색입니다. 승수 M(10⁶)은 녹색(10⁵)에 해당합니다. (MΩ=1,000,000Ω 이므로 4.7*10⁶Ω) 허용오차 ±10%는 은색입니다. 따라서 제1색띠: 황색, 제2색띠: 자색, 제3색띠: 녹색, 제4색띠: 은색입니다.
23번
소비전력이 3W인 스피커에 DC 1.5V, 2000mAh의 배터리 2개를 병렬 연결하여 사용하고 있다. 이 스피커를 최대 출력으로 사용할 경우, 예상되는 사용시간은?
①1시간
②2시간
③4시간
④8시간
②
1. 총 배터리 용량 계산: 배터리 2개를 병렬 연결하면 전압은 1.5V로 동일하고, 용량은 2000mAh + 2000mAh = 4000mAh = 4Ah가 됩니다.
2. 배터리의 총 전력량(Wh) 계산: 전력량 = 전압 * 용량 = 1.5V * 4Ah = 6 Wh.
3. 사용시간 계산: 시간 = 총 전력량 / 소비전력 = 6 Wh / 3 W = 2 h. 따라서 예상 사용시간은 2시간입니다.
24번
대칭 3상 Y결선 회로에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①상전압은 선간전압보다 위상이 30° 앞선다.
②선간전압의 크기는 상전압의 √3 배이다.
③상전류와 선전류의 크기는 같다.
④각 상의 위상차는 120°이다.
①
3상 Y결선에서 선간전압(V_L)은 상전압(V_p)보다 크기가 √3배 크고, 위상은 30° **앞섭니다**. 따라서 '상전압은 선간전압보다 위상이 30° 앞선다'는 설명은 반대로 되어 있어 옳지 않습니다. 올바른 표현은 '선간전압은 상전압보다 위상이 30° 앞선다' 또는 '상전압은 선간전압보다 위상이 30° 뒤진다' 입니다.
25번
다음과 같은 R-L-C 직렬회로에 v(t)=sqrt(2)·220·sin 120πt [V]의 순시전압을 인가한 경우, 회로에 흐르는 실효전류(A)는 얼마인가?
①2.0
②3.1
③4.4
④5.5
③
1. 전체 리액턴스(X) 계산: X = X_L - X_C = 50Ω - 20Ω = 30Ω.
2. 전체 임피던스(Z) 계산: Z = sqrt(R² + X²) = sqrt(40² + 30²) = sqrt(1600 + 900) = sqrt(2500) = 50Ω.
3. 실효전압(V)은 220V 입니다.
4. 실효전류(I) 계산 (옴의 법칙): I = V / Z = 220V / 50Ω = 4.4 A.