[전기기능사 필기 1편] 비전공자도 단기합격! 1과목 전기이론 핵심 기출문제: 정전기와 콘덴서 완벽 정리

전기기능사 필기 요점정리 1번

안녕하세요. 티스토리 블로그를 통해 여러분의 전기기능사 합격을 돕고 있는 전기 멘토입니다.

 

오늘부터 구글 애드센스 승인과 여러분의 최단기 합격을 동시에 목표로 하는 '전기기능사 필기 17부작 시리즈'를 본격적으로 시작합니다. 첫 번째 시간은 수험생들이 가장 큰 벽을 느끼는 1과목 '전기이론'의 기초, '정전기와 콘덴서' 파트입니다.

수식이 많아 보여도 겁먹을 필요 없습니다. 기출문제 100개를 대충 푸는 것보다, 시험에 무조건 나오는 핵심 기출문제 3개를 원리와 함께 완벽히 이해하는 것이 합격의 지름길이자 블로그의 전문성을 높이는 비결입니다. 앞서 세팅해 둔 카시오 공학용 계산기를 옆에 두고 천천히 따라와 주시기 바랍니다.

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1. 전하량과 전자의 개수 (전기의 기본)

전기가 흐른다는 것은 '전자'가 이동한다는 뜻입니다. 시험에서는 전류가 흘렀을 때 전자가 총 몇 개 이동했는지를 묻는 문제나, 이동한 총 전하량을 묻는 문제가 단골로 출제됩니다.

• 필수 공식: 전하량 Q = I × t (전류 × 시간)
• 암기 포인트: 전자 1개의 전하량은 약 -1.602 × 10⁻¹⁹ [C] 이며, 역으로 1쿨롱(1[C])의 전하량 안에는 무려 6.24 × 10¹⁸ 개의 전자가 들어있습니다.

[엄선 기출문제 1] Q. 1초 동안 10[A]의 전류가 흐르는 도선에는 몇 개의 전자가 이동하는가?

1. 6.24 × 10¹⁸
2. 6.24 × 10¹⁹
3. 6.24 × 10¹⁷
4. 6.24 × 10¹⁶

 

• 정답: 2번 (6.24 × 10¹⁹)
• 상세 해설: 가장 먼저 이동한 총 전하량(Q)을 구해야 합니다. 전하량 공식 Q = I × t 에 따라 10[A] × 1[sec] = 10[C] 가 됩니다. 1[C]당 전자의 개수가 6.24 × 10¹⁸ 개이므로, 10[C]일 때는 여기에 10을 곱해주면 됩니다. 즉, 10 × 6.24 × 10¹⁸ = 6.24 × 10¹⁹ 개가 됩니다. 계산기에서 지수 법칙을 활용하여 입력하시면 실수 없이 답을 도출할 수 있습니다.

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2. 쿨롱의 법칙 (정전력 계산)

전기를 띤 두 물체(전하) 사이에는 서로 밀어내거나 끌어당기는 힘이 발생합니다. 이를 정전력이라고 하며, 이 힘의 크기를 구하는 것이 바로 그 유명한 '쿨롱의 법칙'입니다.

• 필수 공식: 진공 또는 공기 중에서의 정전력 F = 9 × 10⁹ × (Q₁ × Q₂) / r² [N]
• 암기 포인트: 두 전하 사이에 작용하는 힘은 두 전하량의 곱(Q₁ × Q₂)에 '비례'하고, 거리의 제곱(r²)에 '반비례'합니다.

[엄선 기출문제 2] Q. 공기 중에 10[µC]과 20[µC]을 1[m] 간격으로 놓을 때 발생되는 정전력[N]은?

1. 1.8
2. 2.2
3. 4.4
4. 6.3

 

• 정답: 1번 (1.8)
• 상세 해설: 마이크로(µ) 기호는 10⁻⁶ 을 의미합니다. 즉, Q₁ = 10 × 10⁻⁶ 이고, Q₂ = 20 × 10⁻⁶ 입니다. 쿨롱의 법칙 공식에 그대로 대입합니다. F = 9 × 10⁹ × {(10 × 10⁻⁶) × (20 × 10⁻⁶)} / 1². 식을 정리하면 9 × 10⁹ × 200 × 10⁻¹² 이 되며, 이를 공학용 계산기에 분수 모드로 그대로 입력하면 깔끔하게 **1.8[N]**이 떨어집니다. 앞서 포스팅에서 배운 계산기 수식 입력을 적극 활용해 보시기 바랍니다.

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3. 콘덴서의 직렬과 병렬 접속

콘덴서(커패시터)는 전기를 임시로 모아두는 물탱크 같은 역할을 합니다. 시험에서는 콘덴서 여러 개를 연결했을 때 전체 용량(합성 정전용량)과 축적되는 전하량이 어떻게 변하는지를 자주 묻습니다.

• 핵심 꿀팁: 콘덴서의 계산법은 **'저항의 반대'**라고 생각하시면 완벽합니다.
  • 병렬 접속: 전극의 면적이 넓어지는 효과가 생겨 용량이 커집니다. 그냥 더하면 됩니다. (C = C₁ + C₂)
  • 직렬 접속: 전극 사이의 거리가 멀어지는 효과가 생겨 용량이 오히려 작아집니다. 역수를 취하는 분수 계산이 필요합니다.
• 전하량 공식: Q = C × V

[엄선 기출문제 3] Q. 30[µF]과 40[µF]의 콘덴서를 병렬로 접속한 후 100[V]의 전압을 가했을 때 전 전하량은 몇 [C]인가?

1. 17 × 10⁻⁴
2. 34 × 10⁻⁴
3. 56 × 10⁻⁴
4. 70 × 10⁻⁴

 

• 정답: 4번 (70 × 10⁻⁴)
• 상세 해설: 두 콘덴서가 '병렬'로 접속되었으므로 합성 정전용량(C₀)은 두 값을 단순 합산합니다. 즉, 30 + 40 = 70[µF] 입니다. 다음으로 전하량 공식 Q = C × V 에 대입합니다. 마이크로(µ)는 10⁻⁶ 이므로, 70 × 10⁻⁶ [F] × 100 [V] 를 계산합니다. 결과는 7000 × 10⁻⁶ 이며, 이를 보기의 형태에 맞게 지수를 조정하면 70 × 10⁻⁴ [C] 가 됩니다.

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1분 마무리 요약 노트

1. 전자의 개수: 1[C]의 전하량은 6.24 × 10¹⁸ 개의 전자 이동과 같습니다. 전하량 Q = I × t 공식을 잊지 마십시오.
2. 쿨롱의 법칙: 9 × 10⁹ 상수와 함께, 힘은 거리의 제곱에 반비례한다는 원리를 꼭 기억하십시오.
3. 콘덴서의 접속: 병렬은 더하고, 직렬은 역수를 취해 더합니다. 전하량 Q = C × V 공식은 매회 출제됩니다.

오늘 다룬 3개의 개념은 전기기능사 1과목에서 무조건 출제되는 핵심 중의 핵심입니다. 이해가 안 되는 수식은 억지로 외우려 하지 마시고, 공학용 계산기에 직접 입력하며 손에 익히는 것이 중요합니다.

[카테고리의 다른 글 이어보기] 이론의 기초를 다졌다면, 이제 전기가 회로에서 어떻게 돌아다니는지 알아볼 차례입니다. 다음 시간에는 옴의 법칙과 키르히호프의 법칙을 다루는 전기기능사 필기 2편으로 찾아오겠습니다. 아래 링크를 클릭해 바로 학습을 이어가시기 바랍니다.

• [다음 편] 전기기능사 필기 2과목: 직류회로 핵심 기출문제 풀러 가기 (링크 삽입 예정)

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