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2025년 25회 소방수리학, 약제화학 및 소방전기 해설 페이지
1번
이상기체의 상태방정식(equation of state)에 관한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은?
ㄱ. Avogadro의 법칙: 일정한 온도와 압력에서 같은 부피 속에 들어있는 기체 분자의 수는 동일하다.
ㄴ. Boyle의 법칙: 일정한 온도에서 기체의 부피는 압력에 반비례한다.
ㄷ. Charles의 법칙: 일정한 압력에서 기체의 부피는 절대온도에 비례한다.
①ㄱ
②ㄱ, ㄴ
③ㄴ, ㄷ
④ㄱ, ㄴ, ㄷ
④
제시된 ㄱ, ㄴ, ㄷ은 이상기체의 거동을 설명하는 아보가드로, 보일, 샤를의 법칙을 모두 정확하게 설명하고 있습니다.
2번
엔트로피(entropy)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①가역반응이면 증가하고 비가역반응이면 불변이다.
②물질계가 흡수하는 열량과 절대온도의 비로 정의한다.
③무질서 또는 에너지의 분산 정도를 나타내는 상태함수이다.
④자연계의 상태변화는 엔트로피가 증가되는 방향으로 일어난다.
①
열역학 제2법칙에 따르면, 이상적인 가역과정에서는 엔트로피 변화가 없으므로(불변), 실제 자연계에서 일어나는 모든 비가역과정에서는 엔트로피가 항상 증가합니다. 설명이 반대로 되어 있습니다.
3번
뉴턴 유체가 평평한 바닥 위 y만큼 이격된 지점에서 유속 u(y)=5y-y²(m/s)로 흐른다. 바닥 전단응력이 0.01 Pa일 때 점성계수(10⁻³ Pa·s)는?
①1
②2
③3
④4
②
뉴턴의 점성법칙 τ = μ × (du/dy)를 이용합니다.
1. 속도구배(du/dy) 계산: du/dy = 5-2y.
2. 바닥(y=0)에서의 속도구배 = 5 - 2(0) = 5 s⁻¹.
3. 점성계수(μ) 계산: μ = τ / (du/dy) = 0.01 Pa / 5 s⁻¹ = 0.002 Pa·s = 2 × 10⁻³ Pa·s.
4번
흐름이 없는 유체에 작용하는 압력의 등방성에 관한 설명으로 옳은 것은?
①유체의 압력은 유체와 접촉하는 경사면에 수평으로만 작용한다.
②자유수면을 갖는 경우 수면 아래 압력은 밀도에 반비례한다.
③동일한 높이의 개방된 용기에 수은을 가득 채우면 용기형상에 따라 바닥에서 압력이 달라진다.
④자유수면을 갖는 경우 수면 아래 유체의 한 점에 작용하는 압력은 수심이 깊어짐에 따라 증가한다.
④
정지 유체 내 한 점에서의 압력(P)은 P=ρgh로 계산되며, 수심(h)이 깊어질수록 압력은 선형적으로 증가합니다. ① 압력은 면에 수직으로 작용합니다. ② 압력은 밀도에 비례합니다. ③ 압력은 용기의 형상과 무관하고 수심에만 관계됩니다.
5번
원형관로에 설치한 피토관에 수은이 든 U자형 관을 연결하여 전압과 정압을 측정하였다. 액면차가 500mm가 발생하였다면 피토관 위치에서 관로 내 물의 유속(m/s)은 약 얼마인가? (단, 수은의 밀도는 13,600 kg/m³, 중력가속도는 9.81 m/s², 물의 단위중량은 9.81 kN/m³이며 모든 손실은 무시한다.)
①1.112
②3.132
③11.118
④31.321
③
1. 압력차(ΔP) 계산: ΔP = (ρ_수은 - ρ_물) * g * h = (13600 - 1000) * 9.81 * 0.5 = 61803 Pa.
2. 동압(P_d) = ΔP.
3. 유속(v) 계산 (P_d = ½ρ_물v²): v = sqrt(2*ΔP/ρ_물) = sqrt(2*61803/1000) ≈ 11.118 m/s.
6번
직경 10cm의 원형관로에 유체가 유량 0.5 L/s로 흐를 때, 에너지선의 경사(10⁻⁴ m/m)는 약 얼마인가? (단, 동점성 계수는 1.0x10⁻⁵ m²/s, 중력가속도는 9.81 m/s²이다.)
①2.08
②3.26
③20.8
④32.6
①
1. Re 계산: Q=0.0005m³/s, A=π(0.05)², v=Q/A≈0.0637m/s. Re=vD/ν=(0.0637*0.1)/(1.0*10⁻⁵)≈637(층류).
2. 마찰계수(f)=64/Re=64/637≈0.1.
3. 손실수두(hL)=f(L/D)(v²/2g).
4. 에너지선 경사(S)=hL/L=f*v²/(D*2g) = 0.1*(0.0637)²/(0.1*2*9.81) ≈ 0.000208 = 2.08 x 10⁻⁴ m/m.
7번
유체 흐름의 종류에 관한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은? (단, Re는 레이놀즈수, Fr은 프루드 수, U는 유속, t는 시간, x는 흐름방향 길이이다.)
ㄱ. 난류: Re < 200
ㄴ. 상류: Fr > 1
ㄷ. 정상류: ∂U/∂t = 0
ㄹ. 부등류: ∂U/∂x ≠ 0
①ㄱ, ㄴ
②ㄴ, ㄷ
③ㄷ, ㄹ
④ㄴ, ㄷ, ㄹ
③
ㄱ. 난류는 Re > 4000 입니다. ㄴ. 상류는 Fr < 1 입니다. ㄷ. 정상류는 시간에 따른 유속 변화가 없는 흐름이므로 맞습니다. ㄹ. 부등류는 위치에 따라 유속이 변하는 흐름이므로 맞습니다. 따라서 옳은 것은 ㄷ과 ㄹ입니다.
8번
펌프의 비속도는? (단, N은 회전수, Q는 유량, H는 양정, ω는 임펠러의 각속도이다.)
①ω × √Q / H^(3/4)
②ω × √Q / H^(3/2)
③N × √Q / H^(3/4)
④N × √Q / H^(3/2)
③
펌프의 비교회전도, 즉 비속도(Ns)를 구하는 공식은 Ns = N × Q^(1/2) / H^(3/4) 입니다. 여기서 N은 분당 회전수(rpm), Q는 유량(m³/min 또는 m³/s), H는 1단당 전양정(m)입니다.
9번
서징(surging)의 방지대책으로 옳지 않은 것은?
①유량조절 밸브를 흡입측에 최대한 가까이 설치·조절한다.
②펌프의 H-Q 곡선이 우하향 구배특성을 갖는 펌프를 사용한다.
③배관 내 수조 또는 기체 상태인 부분이 존재하지 않도록 한다.
④바이패스관을 사용하여 운전점이 펌프의 H-Q 곡선에서 우하향 구배특성 범위 내에 있도록 한다.
①
서징 현상은 주로 펌프의 토출측 배관에서 발생하므로, 유량조절 밸브는 **토출측**에 설치하여 제어하는 것이 일반적입니다. 흡입측에 밸브를 설치하여 유량을 조절하면 캐비테이션(공동현상)을 유발할 수 있어 위험합니다.
10번
금속화재(D급)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①D급 소화약제는 염화나트륨, 흑연, 구리 등을 주성분으로 하는 분말 또는 과립형태의 혼합물이다.
②K급 소화약제는 가연성 금속화재에 적응성이 좋다.
③리튬 및 나트륨에 수계소화약제를 사용하면 폭발성이 강한 수소를 발생시킨다.
④염화나트륨 주제에 고분자물질의 혼합물 소화약제인 Met-L-X는 나트륨 및 칼륨 화재에 적응성이 있다.
②
K급 소화약제는 식용유 화재(주방화재) 전용으로 개발된 것으로, 주성분은 탄산칼륨 등의 수용액입니다. 물을 기반으로 하므로 금속화재에 사용하면 격렬한 반응을 일으켜 위험합니다. 따라서 금속화재에는 적응성이 없습니다.
11번
0℃의 얼음 1g을 100℃의 수증기로 만드는 데 필요한 열량(cal)은 약 얼마인가? (단, 물의 용융열은 80 cal/g, 증발잠열은 539 cal/g이다.)
①539
②619
③719
④800
③
총 필요 열량 = 융해잠열 + 현열(0℃물→100℃물) + 증발잠열.
현열 = 질량 × 비열 × 온도차 = 1g × 1 cal/g·℃ × (100-0)℃ = 100 cal.
총 열량 = 80 cal + 100 cal + 539 cal = 719 cal.
12번
K급 소화약제에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①식용유화재 시 비누화반응으로 산소를 차단하며, 재발화를 방지한다.
②A급, B급, C급 화재에도 적응성이 좋다.
③일반적인 ABC분말소화기보다 냉각효과가 뛰어나다.
④소화약제의 주성분은 탄산칼륨(K₂CO₃) 또는 초산칼륨(CH₃COOK) 등이 있다.
②
K급 소화약제는 식용유 화재(K급)에 특화된 알칼리성 수용액입니다. A급(일반화재)에는 효과가 일부 있으나, B급(유류화재)에는 부적합하며, 수용액이므로 C급(전기화재)에는 감전 위험이 있어 사용할 수 없습니다. 따라서 모든 화재에 적응성이 좋다는 설명은 옳지 않습니다.
13번
1기압 0℃에서 44.8 m³의 이산화탄소가스가 모두 액화되었을 때 질량(kg)은 약 얼마인가? (단, 이산화탄소의 분자량은 44이다.)
①12
②22
③44
④88
④
표준상태에서 기체 1kmol의 부피는 22.4m³입니다.
1. 이산화탄소 몰수(n) = 44.8 m³ / 22.4 m³/kmol = 2 kmol.
2. 질량(m) = 몰수 × 분자량 = 2 kmol × 44 kg/kmol = 88 kg.
14번
FK-5-1-12의 특성에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①플루오르화수소(HF)의 발생량은 화염의 크기, 소화농도, 화재진압시간에 비례한다.
②소화약제는 1분 이내에 95% 이상 해당하는 약제량이 방출되도록 하여야 한다.
③오존층 파괴 등 환경오염에 미치는 영향이 적다.
④플루오르, 탄소, 산소로 구성되어 있으며, 물보다 빨리 기화되어 연쇄반응 차단 및 냉각소화를 한다.
②
청정소화약제소화설비의 화재안전기준(NFSC 107A)에 따르면, 할로겐화합물 소화약제의 방출 시간은 **10초 이내**입니다. 1분은 불활성기체 소화약제의 기준입니다.
15번
제1인산암모늄의 열분해 생성물 중 주된 소화효과가 탈수·탄화작용을 하는 것은?
①H₃PO₄
②H₄P₂O₇
③HPO₃
④P₂O₅
①
제1인산암모늄(제3종 분말)은 1단계 열분해 시 오르토인산(**H₃PO₄**)을 생성합니다. 이 오르토인산이 목재 등의 셀룰로스 성분에서 물 분자를 빼앗아 숯(탄소)으로 만드는 탈수·탄화작용을 하여 A급 화재에 효과를 나타냅니다.
16번
이산화탄소(CO₂) 소화약제에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
①불연성 가스로서 무색무취이며, 공기에 대한 비중은 약 1.5 이다.
②약제 방출시 인체에 관한 동상·질식의 우려가 있다.
③금속분화재에 사용 시 질식·냉각소화의 효과가 있다.
④전기 절연성이 우수하여 전기화재에 적응성이 있다.
③
마그네슘, 나트륨 등 활성이 큰 금속분은 이산화탄소의 산소를 빼앗아 연소를 지속할 수 있습니다 (예: 2Mg + CO₂ → 2MgO + C). 따라서 금속분화재(D급)에는 이산화탄소 소화약제를 사용할 수 없습니다.
17번
축압식 분말소화기의 충압가스 종류가 아닌 것은?
①질소
②헬륨
③일산화탄소
④이산화탄소
③
분말소화기의 충압(가압)가스는 소화약제와 반응하지 않고 연소를 돕지 않는 불연성·불활성 기체여야 합니다. 질소, 헬륨, 이산화탄소 등이 사용됩니다. 일산화탄소(CO)는 가연성·독성 가스이므로 절대 사용할 수 없습니다.
18번
서로 다른 금속으로 이루어진 폐회로에 온도를 일정하게 유지하면서 직류 전류를 흘릴 경우 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 현상은?
①제벡 효과(Seebeck effect)
②톰슨 효과(Thomson effect)
③핀치 효과(Pinch effect)
④펠티에 효과(Peltier effect)
④
서로 다른 두 금속의 접합부에 전류를 흘려주면, 전류의 방향에 따라 한쪽 접점에서는 열이 발생하고 다른 쪽 접점에서는 열이 흡수되는 현상을 **펠티에 효과**라고 합니다. 이는 전자냉각의 원리입니다.
19번
C₁=2µF, C₂=3µF, C₃=5µF인 3개의 콘덴서를 직렬 접속하고 양단에 800V의 전압을 인가할 때, C₂에 걸리는 전압(V)은 약 얼마인가?
①154
②258
③387
④425
②
1. 합성 정전용량(Ct) 계산: 1/Ct = 1/C₁+1/C₂+1/C₃ = 1/2+1/3+1/5 = (15+10+6)/30 = 31/30. Ct = 30/31 µF.
2. 총 전하량(Q) 계산: Q = Ct*V = (30/31)µF * 800V ≈ 774.2 µC.
3. C₂에 걸리는 전압(V₂) 계산: V₂ = Q/C₂ = 774.2 µC / 3 µF ≈ 258 V.
20번
교류 전압 v=Vm*sinωt의 실효값은? (단, Vm은 최대값이다.)
①Vm / √2
②2Vm / π
③Vm / 2
④Vm / π
①
정현파 교류에서 실효값(RMS 값)은 최대값(피크값)을 루트 2(√2)로 나눈 값입니다. 따라서 실효값 V = Vm / √2 입니다.
21번
부하의 피상전력이 10kVA 이고, 무효전력이 6kVar일 때 유효전력(kW)은?
①4
②6
③8
④10
③
전력 삼각형(피타고라스 정리)에 따라 (피상전력)² = (유효전력)² + (무효전력)² 입니다. 따라서 유효전력 = √((피상전력)² - (무효전력)²) = √(10² - 6²) = √(100-36) = √64 = 8 kW.
22번
변압기 3상 결선에 관한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은?
ㄱ. △-△ 결선은 지락사고 검출이 용이하지 않다.
ㄴ. Y-Y결선은 고전압 결선에 적합하다.
ㄷ. △-Y결선은 주로 발전소에서 전압을 높여 전력전송을 위해 사용된다.
ㄹ. Y-△ 결선은 변압기 1대 고장 시 전력공급이 불가능하다.
①ㄱ, ㄴ
②ㄱ, ㄷ
③ㄷ, ㄹ
④ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
②
ㄱ. △결선은 중성점이 없어 지락 사고 검출이 어렵습니다. (옳음)
ㄴ. Y결선은 상전압이 선간전압의 1/√3배이므로 절연이 용이하여 고전압에 적합합니다. (옳음)
ㄷ. △-Y결선은 2차측(Y)에서 승압이 가능하므로 발전소 송전단에 사용됩니다. (옳음)
ㄹ. △결선은 변압기 1대 고장 시 V결선으로 3상 전력 공급이 가능하지만, Y결선은 1대 고장 시 전력 공급이 불가능합니다. (옳음). (문제 정답 오류 수정 필요. ㄱ,ㄴ,ㄷ,ㄹ 모두 옳은 설명입니다.)
23번
비정현파 전압(V) v = 50√2sinωt + 30√2sin3ωt + 10√2sin5ωt의 실효값(V)은 약 얼마인가?
①57
②59
③62
④65
②
비정현파의 전체 실효값은 각 고조파 실효값의 제곱의 합에 대한 제곱근(RMS)으로 구합니다. 각 고조파의 실효값은 V₁=50V, V₃=30V, V₅=10V 입니다. 전체 실효값 V = √(V₁² + V₃² + V₅²) = √(50² + 30² + 10²) = √(2500 + 900 + 100) = √3500 ≈ 59.16 V.
24번
수신기에서 거리 L(m) 떨어진 직류 2선식 감지기회로의 전선(동선) 단면적이 A(㎟)이다. 전류가 I(A)로 흐를 때 전압강하(V)를 구하는 식은?
①(35.6 × L × I) / (1000 × A)
②(30.8 × L × I) / (1000 × A)
③(17.8 × L × I) / (1000 × A)
④(8.9 × L × I) / (1000 × A)
①
전압강하(e) 공식 e = (K × L × I) / A 에서, 단상 2선식의 경우 K=35.6을 사용합니다. (문제에서 1000으로 나누는 것은 단위를 맞추기 위함입니다). 따라서 전압강하 e = (35.6 × L × I) / (1000 × A) 입니다.
25번
그림과 같은 제어량과 조작량을 특징으로 하는 제어방식은?
①P 제어
②I 제어
③PI 제어
④PID 제어
④
제어량 그래프를 보면, 목표값에 빠르게 도달하고(비례동작), 오버슈트가 발생했다가 안정되며(미분동작), 잔류편차가 없이 목표값에 정확히 수렴(적분동작)하고 있습니다. 조작량 그래프 또한 초기 큰 조작량(P), 변화 예측에 따른 급격한 조작(D), 편차 누적에 따른 조작(I)의 특징을 모두 보여주므로 이는 P, I, D 동작을 모두 조합한 **PID 제어**의 특징입니다.