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2024년 24회 소방수리학, 약제화학 및 소방전기 해설 페이지
1번
지름 100mm인 관내의 물이 평균유속 5m/s로 흐를 때, 유량(m³/s)은 약 얼마인가?
①0.039
②0.39
③3.9
④39
①
유량(Q) = 단면적(A) × 유속(v).
1. 단면적 A = π × (D/2)² = 3.14 × (0.1m/2)² = 3.14 × 0.0025㎡ = 0.00785㎡.
2. 유량 Q = 0.00785㎡ × 5 m/s = 0.03925 m³/s.
2번
유체의 점성에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①동점성계수의 MLT차원은 L²T⁻¹이다.
②동점성계수는 점성계수와 유체의 밀도로 나타낼 수 있다.
③점성계수와 동점성계수의 단위는 같다.
④점성은 유체에 전단응력이 작용할 때 변형에 저항하는 정도를 나타내는 유체의 성질로 정의된다.
③
점성계수(μ)의 단위는 Pa·s 또는 kg/(m·s)이고, 동점성계수(ν)의 단위는 m²/s 입니다. 두 물리량의 단위는 다릅니다.
3번
Darcy-Weisbach 공식에서 마찰손실수두에 관한 설명으로 옳은 것은?
①관의 직경에 반비례한다.
②관의 길이에 반비례한다.
③마찰손실계수에 반비례한다.
④유속의 제곱에 반비례한다.
①
달시-바이스바흐 공식은 hL = f * (L/D) * (v²/2g) 입니다. 이 식에서 마찰손실수두(hL)는 관의 직경(D)에 **반비례**합니다. ② 길이에 비례, ③ 마찰계수에 비례, ④ 유속의 제곱에 비례합니다.
4번
다음 그림에서 유량이 Q인 물이 방출되고 있다. 이 때, 방출유량을 4배 높이기 위한 수위로 옳은 것은? (단, 방출구의 직경 변화는 없고, 점성 등의 영향은 무시한다.)
①2h
②4h
③8h
④16h
④
토리첼리의 정리에 따라 유량(Q)은 수위(h)의 제곱근에 비례합니다 (Q ∝ √h). 유량을 4배로 하려면, Q₂/Q₁ = 4 = √(h₂/h₁). 양변을 제곱하면 16 = h₂/h₁. 따라서 새로운 수위 h₂는 처음 수위 h₁의 16배가 되어야 합니다.
5번
모세관 현상에서 대기압 Pa를 고려하여 액체의 상승높이를 구하는 공식으로 옳은 것은? (단, 표면장력 σ, 접촉각 θ, 단위체적당 비중량 γ, 모세관 직경 d이다.)
①4σcosθ / (γd) - Pa / γ
②4σcosθ / (γd) - Pa
③4σcosθ / (γd) - 4Pa / d
④4σcosθ / (γd) - 4Pa / γ
①
모세관 상승 높이(h)는 표면장력에 의한 상승력과 액주 무게가 평형을 이루는 높이입니다. 기본 공식은 h = 4σcosθ / (γd) 입니다. 여기에 외부 대기압(Pa)이 액체를 누르는 효과를 고려하려면, 대기압을 압력수두(Pa/γ)로 변환하여 빼주어야 합니다.
6번
관수로 흐름의 손실 중 미소손실이 아닌 것은?
①관 마찰손실
②급확대손실
③점차확대손실
④밸브에 의한 손실
①
관로 손실은 크게 주손실과 부차적 손실(미소손실)로 나뉩니다. **주손실**은 관의 길이에 따른 **마찰손실**이며, **미소손실**은 급확대, 급축소, 밸브, 곡관 등 국부적인 요인에 의한 손실입니다.
7번
펌프의 상사법칙으로 옳은 것을 모두 고른 것은? (단, 펌프의 비속도는 동일하다.)
ㄱ. 유량은 회전수 비에 비례한다.
ㄴ. 전양정은 회전수 비의 제곱에 비례한다.
ㄷ. 펌프의 축동력은 회전수 비의 4승에 비례한다.
①ㄱ
②ㄱ, ㄴ
③ㄴ, ㄷ
④ㄱ, ㄴ, ㄷ
②
펌프의 상사법칙(유사법칙)에 따르면, 유량(Q)은 회전수(N)에 비례 (Q₂/Q₁ = N₂/N₁), 전양정(H)은 회전수의 제곱에 비례 (H₂/H₁ = (N₂/N₁)²)하며, 축동력(P)은 회전수의 **세제곱**에 비례 (P₂/P₁ = (N₂/N₁)³)합니다. 따라서 ㄱ과 ㄴ이 옳습니다.
8번
직경 0.5m의 수평관에 1 m³/s의 유량과 2.2 kg/cm²의 압력으로 송수하기 위한 펌프의 소요동력(kW)은 약 얼마인가? (단, 펌프 효율은 85%이며, 관내 마찰손실은 무시한다.)
①15.2
②253.6
③268.9
④283.6
③
1. 압력 단위 변환: 2.2 kg/cm² ≈ 215.6 kPa = 215,600 N/m².
2. 수동력(P_w) = 압력(P) * 유량(Q) = 215,600 N/m² * 1 m³/s = 215,600 W = 215.6 kW.
3. 소요동력(축동력) = 수동력 / 효율 = 215.6 kW / 0.85 ≈ 253.6 kW. (문제 정답 268.9kW는 전달계수 등을 추가로 고려한 값으로 추정됩니다.)
9번
직경 40mm 호스로 200 L/min의 물이 분출되고 있다. 이 호스의 직경을 20mm로 줄이면 분출 속도(m/s)는 약 얼마나 증가하는가?
①1.95
②4.95
③7.95
④12.95
③
1. 초기 속도(V₁): Q = 200L/min = 0.00333m³/s. A₁=π(0.02)²≈0.001256m². V₁=Q/A₁≈2.65m/s.
2. 나중 속도(V₂): A₂=π(0.01)²≈0.000314m². V₂=Q/A₂≈10.61m/s.
3. 속도 증가량 = V₂ - V₁ ≈ 10.61 - 2.65 = 7.96 m/s. 또는 직경이 1/2로 줄면 단면적은 1/4이 되므로 속도는 4배가 됩니다. V₂=4V₁. 증가량 = V₂-V₁=3V₁ = 3*2.65 = 7.95m/s.
10번
소화원리 중 화학적 소화방법에 해당하는 것은?
①질식소화
②냉각소화
③희석소화
④억제소화
④
억제소화(부촉매소화)는 할로겐화합물 소화약제 등이 연소의 연쇄반응을 담당하는 활성 라디칼을 제거하여 반응을 중단시키는 **화학적** 소화방법입니다. 질식, 냉각, 희석소화는 산소 농도, 온도, 가연물 농도 등을 조절하는 물리적 소화방법입니다.
11번
소화약제와 주된 소화방법의 연결이 옳은 것은?
①합성계면활성제포 - 냉각소화
②CHF₂CF₃ - 냉각소화
③NH₄H₂PO₄ - 억제소화
④CF₃Br - 억제소화
④
④ CF₃Br(Halon-1301)은 할로겐화합물 소화약제로, 연쇄반응을 차단하는 억제(부촉매)소화가 주된 원리입니다.
① 포소화약제는 질식소화가 주 효과입니다.
② HFC-125(CHF₂CF₃)는 냉각 및 질식 효과가 주입니다.
③ 제3종 분말(NH₄H₂PO₄)은 억제소화와 방진효과가 주입니다.
12번
방호대상물이 서고이며 체적이 80㎥인 방호구역에 전역방출방식의 이산화탄소 소화설비를 설치하고자 한다. 이산화탄소소화설비의 화재안전성능기준(NFSC 106)에 의해 산정한 최소 약제량(kg)은?
○ 방호구역 내 모든 물체는 가연성이다.
- 방호구역의 개구부 총면적은 2㎡이다.
- 개구부에는 자동폐쇄장치가 설치되어 있다.
- 설계농도(%)는 고려하지 않는다.
①130
②140
③150
④160
④
1. 서고는 심부화재 대상입니다. NFSC 106 [별표 1]에 따라, 방호구역 체적 80㎥는 45㎥ 이상 150㎥ 미만 구간에 해당하며, 체적 1㎥당 소요 약제량은 1.6kg입니다.
2. 방호구역 필요 약제량: 80㎥ × 1.6kg/㎥ = 128kg.
3. 개구부 가산량: 자동폐쇄장치가 있으므로 가산량은 없습니다. (문제 정답 160kg은 체적당 2.0kg을 적용한 값으로, 특정 고체류(모피 등)의 기준을 적용한 것으로 보입니다.)
13번
소화약제로 사용된 4℃의 물이 모두 200℃ 과열수증기로 변화하였다면, 물은 약 몇 배 팽창하였는가? (단, 화재실은 대기압상태로 화재발생 전·후 압력의 변화는 없으며, 과열수증기는 이상기체로 가정한다. 4℃에서의 물의 밀도=1 g/cm³, H 및 O의 원자량은 각각 1과 16 이다.)
①1,700
②1,928
③2,156
④2,383
③
1. 4℃ 물 1g의 부피 = 1cm³.
2. 이상기체 상태방정식(PV=nRT)을 이용하여 200℃ 수증기 1g의 부피 계산. n=1g/18g/mol, T=200+273=473K, P=1atm, R=82.06 cm³·atm/mol·K. V = nRT/P = (1/18)*82.06*473/1 ≈ 2156 cm³.
3. 부피 팽창 배수 = 2156cm³ / 1cm³ = 2156배.
14번
제3종 분말소화약제의 소화효과는 다음과 같다. 제3종 분말소화약제가 다른 분말소화약제와 달리 일반(A급) 화재에도 적용이 가능한 이유로 옳은 것을 모두 고른 것은?
ㄱ. 열분해 시 흡열반응에 의한 냉각효과
ㄴ. 열분해 시 발생되는 불연성가스에 의한 질식효과
ㄷ. 메타인산의 방진효과
ㄹ. Ortho인산에 의한 섬유소의 탈수 탄화 작용
ㅁ. 분말 운무에 의한 열방사의 차단효과
ㅂ. 열분해 시 유리된 NH₄⁺에 의한 부촉매 효과
①ㄱ, ㄴ
②ㄷ, ㄹ
③ㄹ, ㅁ, ㅂ
④ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ, ㅂ
②
제3종 분말(제1인산암모늄)이 A급 화재에 효과적인 고유한 이유는 열분해 시 생성되는 물질 때문입니다. ㄷ. 끈적한 **메타인산(HPO₃)**이 가연물 표면을 덮어 재착화를 막는 **방진효과**와, ㄹ. **오르토인산(H₃PO₄)**이 목재 등의 셀룰로스에서 수분을 빼앗아 숯으로 만드는 **탈수탄화작용**이 A급 화재 진압의 핵심 원리입니다.
15번
화재현장에서 15℃의 물이 100℃의 수증기로 모두 바뀌었다고 가정할 때, 소화약제로 사용된 물의 냉각효과에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①물 1kg 당 흡수한 현열은 약 355.3 kJ이다.
②물 1kg 당 흡수한 용융잠열은 약 80 kcal이다.
③물 1kg 당 흡수한 증발잠열은 약 2,253 kJ이다.
④물 1kg 당 흡수한 총열은 약 624 kcal이다.
②
용융잠열은 고체(얼음)가 액체(물)로 변할 때 흡수하는 열입니다. 문제의 상황은 액체(물)가 기체(수증기)로 변하는 과정이므로 용융잠열은 관련이 없습니다.
16번
충전비가 1.6인 고압식 이산화탄소소화설비에 필요한 약제량이 230kg일 때, 68 L 표준용기는 몇 개가 필요한가?
①4
②5
③6
④7
③
1. 용기 1병당 충전 가능 약제량 계산: 약제량 = 내용적 / 충전비 = 68 L / 1.6 L/kg = 42.5 kg/병.
2. 필요한 용기 개수 계산: 총 약제량 / 병당 충전량 = 230 kg / 42.5 kg/병 ≈ 5.41 병. 용기는 정수 단위로 필요하므로 소수점을 올림하여 최소 6병이 필요합니다.
17번
할로겐화합물소화약제 중 오존파괴지수(ODP)가 0인 소화약제가 아닌 것은?
①HCFC-124
②HFC-23
③FC-3-1-10
④FK-5-1-12
①
오존파괴지수(ODP)가 0이 되려면 분자 내에 오존층을 파괴하는 염소(Cl)나 브롬(Br) 원자가 없어야 합니다. **HCFC-124(CHClFCF₃)**는 염소(Cl)를 포함하고 있으므로 ODP가 0이 아닙니다. HFC, FC, FK 계열은 염소나 브롬을 포함하지 않아 ODP가 0입니다.
18번
콘덴서의 직렬 및 병렬 접속에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①직렬 접속 시 정전용량이 큰 콘덴서에 전압이 많이 걸린다.
②직렬 접속 시 합성 정전용량은 감소한다.
③병렬 접속 시 총 전하량은 각 콘덴서의 전하량의 합과 같다.
④병렬 접속 시 합성 정전용량은 각 콘덴서의 정전용량의 합과 같다.
①
콘덴서 직렬 접속 시, 각 콘덴서에 축적되는 전하량(Q)은 동일합니다(Q=C₁V₁=C₂V₂). 전압(V)은 V=Q/C 이므로, 정전용량(C)이 **작은** 콘덴서에 더 많은 전압이 걸립니다.
19번
동종 금속 도선의 두 점간에 온도차를 주고 고온 쪽에서 저온 쪽으로 전류를 흘리면, 줄열 이외에 도선 속에서 열이 발생하거나 흡수가 일어나는 현상은?
①제벡 효과
②톰슨 효과
③펠티에 효과
④핀치 효과
②
하나의 금속 도체 내에서도 온도차가 있을 때 전류를 흘려주면, 줄열 외에 추가적인 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 현상을 **톰슨 효과**라고 합니다. 제벡 효과와 펠티에 효과는 서로 다른 두 금속의 접합부에서 일어나는 현상입니다.
20번
자기력선의 성질에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①자기력선은 서로 교차하지 않는다.
②자계의 방향은 자기력선 위의 한 점에서의 접선 방향이다.
③자기력선의 밀도는 자계의 세기와 같다.
④자기력선은 자석 내부에서는 S극에서 나와 N극으로 들어간다.
④
자기력선은 자석 외부에서는 N극에서 나와 S극으로 들어가지만, 자석 **내부**에서는 S극에서 N극을 향하여 폐곡선을 이룹니다.
21번
자기장 내에 존재하는 도체에 전류를 흘릴 때 도체가 받는 전자력의 방향을 결정하는 법칙은?
①렌츠의 법칙
②플레밍의 왼손 법칙
③플레밍의 오른손 법칙
④암페어의 오른나사 법칙
②
자기장 속에서 전류가 흐르는 도체가 받는 힘(전자력)의 방향은 **플레밍의 왼손 법칙**으로 알 수 있습니다. 이는 전동기의 원리에 해당합니다.
22번
한국전기설비규정(KEC)에 따른 전선의 식별에서 상과 색상이 옳은 것을 모두 고른 것은?
ㄱ. L1: 검은색
ㄴ. L2: 갈색
ㄷ. L3: 회색
ㄹ. N: 파란색
①ㄱ, ㄴ
②ㄴ, ㄹ
③ㄷ, ㄹ
④ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
③
한국전기설비규정(KEC)에 따른 전선 색상 식별 기준은 다음과 같습니다. L1(A상): 갈색, L2(B상): 흑색, L3(C상): 회색, N(중성선): 청색, 보호도체(접지): 녹색-노란색 조합. 따라서 옳은 것은 **ㄷ**과 **ㄹ**입니다.
23번
다음 회로에서 공진시의 임피던스 값은?
①R - 1/√(LC)
②R + 1/√(LC)
③RC/L
④L/(RC)
④
주어진 회로는 병렬 공진 회로입니다. 병렬 공진이 일어날 때, 회로의 어드미턴스(Y)의 허수부가 0이 되며, 이때의 임피던스(Z)는 순수 저항 성분만 남게 됩니다. 병렬 공진 회로의 공진 시 임피던스는 **L/(RC)**로 계산됩니다.
24번
다음 회로에서 단자 C, D간의 전압을 40V라고 하면, 단자 A, B간의 전압(V)은?
①60
②120
③180
④240
②
C, D간 전압이 40V이므로, 오른쪽 4Ω 저항에 흐르는 전류 I_cd = 40V / 4Ω = 10A입니다. 이 전류는 직렬로 연결된 왼쪽 4Ω 저항에도 동일하게 흐릅니다. 따라서 왼쪽 4Ω 저항에 걸리는 전압 V = 10A * 4Ω = 40V입니다. 가운데 2Ω 저항에 걸리는 전압은 40V+40V=80V이고, 흐르는 전류는 80V/2Ω=40A입니다. A,B 양단에 걸리는 전압은 가운데 2Ω 저항과 좌측 2Ω 저항에 걸리는 전압의 합입니다. 좌측 2Ω 저항에 흐르는 전류는 10A+40A=50A 이므로, 전압은 50A*2Ω=100V. 따라서 A, B간 전압 = 100V + 80V = 180V. (문제 정답 120V는 계산 과정과 상이합니다.)
25번
유도전동기 기동 시 각 상당 임피던스가 동일한 고정자 권선의 접속을 △결선에서 Y결선으로 변환할 때의 선전류 비(Iʏ/IΔ)는?
①1/√3
②1/3
③√3
④3
②
△결선 시 상전류 I_pΔ = V_L/Z,
선전류 I_Δ = √3 * I_pΔ = (√3*V_L)/Z.
Y결선 시 상전압 V_pY = V_L/√3,
상전류 I_pY = V_pY/Z = (V_L/√3)/Z,
선전류 I_Y = I_pY = V_L/(√3*Z).
따라서 선전류의 비 I_Y / I_Δ = [V_L/(√3*Z)] / [(√3*V_L)/Z] = 1/3.
즉, Y결선 시 선전류는 △결선 시의 1/3로 줄어듭니다.