[전기기능사 필기 2편] 비전공자도 단기합격! 1과목 전기이론 핵심 기출문제: 직류회로 완벽 정리

전기기능사 실기 직류부분 필수 암기공식

 

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

구글 애드센스 승인과 최단기 합격을 동시에 목표로 하는 '전기기능사 필기 17부작 시리즈'의 두 번째 시간입니다. 지난 1편 정전기와 콘덴서에 이어, 이번 2편에서는 전기가 선을 타고 흐를 때 적용되는 가장 기본적이고 중요한 원리인 '직류회로' 파트를 다룹니다.

직류회로 파트에서는 옴의 법칙, 저항의 접속, 키르히호프의 법칙, 그리고 전력 계산이 주로 출제됩니다. 수식이 두려우신 분들도 이번 포스팅에서 제공하는 3개의 핵심 기출문제와 풀이를 천천히 따라오시면, 시험장에서 반드시 득점하실 수 있을 것입니다.

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1. 저항의 직렬과 병렬 접속 (마법의 배수 공식)

전기 회로에서 저항을 직렬로 연결하면 전체 저항값이 커지고, 병렬로 연결하면 전체 저항값이 작아집니다. 시험에서는 이 성질을 이용하여 '동일한 저항 여러 개를 연결했을 때 최대 저항과 최소 저항의 비율'을 묻는 문제가 아주 자주 출제됩니다.

• 핵심 원리: 동일한 저항 R을 n개 연결할 때
  • 최대 저항 (직렬접속): R × n
  • 최소 저항 (병렬접속): R ÷ n
• 암기 포인트: 동일한 저항 n개를 접속하여 얻을 수 있는 최대 저항값은 최소 저항값의 n²배가 됩니다.

[엄선 기출문제 1] Q. 동일한 저항 4개를 접속하여 얻을 수 있는 최대 저항값은 최소 저항값의 몇 배인가?

1. 4
2. 16
3. 8
4. 2

정답: 2번 (16) 상세 해설: 저항 4개를 모두 직렬로 연결했을 때가 최대 저항값(4R)이 되고, 모두 병렬로 연결했을 때가 최소 저항값(R/4)이 됩니다. 비율을 구하기 위해 최대 저항값을 최소 저항값으로 나누어 줍니다. 4R ÷ (R/4) = 16 이 됩니다. 앞서 암기 포인트에서 말씀드린 공식(n²)에 개수 4를 대입하여 4² = 16으로 1초 만에 풀어낼 수도 있는 효자 문제입니다.

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2. 키르히호프의 법칙 (전류와 전압의 규칙)

회로가 복잡해져서 옴의 법칙만으로 계산하기 어려울 때 사용하는 것이 키르히호프의 법칙입니다. 계산 문제보다는 '법칙의 정의'를 묻는 텍스트형 문제가 주로 출제되므로 정의를 정확히 암기하는 것이 중요합니다.

• 키르히호프의 제1법칙 (KCL, 전류 법칙): 회로망의 임의의 접속점(노드)에 흘러 들어오는 전류의 합은 흘러 나가는 전류의 합과 같다. (시그마 I = 0)
• 키르히호프의 제2법칙 (KVL, 전압 법칙): 임의의 폐회로(루프)에서 모든 기전력의 대수합은 전압 강하의 대수합과 같다.

[엄선 기출문제 2] Q. 회로의 접속점에서 볼 때, 접속점에 흘러 들어오는 전류의 합은 흘러 나가는 전류의 합과 같다라고 정의되는 법칙은?

1. 키르히호프의 제1법칙
2. 키르히호프의 제2법칙
3. 패러데이의 법칙
4. 옴의 법칙

정답: 1번 (키르히호프의 제1법칙) 상세 해설: '전류'의 이동 규칙을 설명하는 것은 키르히호프의 제1법칙입니다. 만약 문제에서 '폐회로'나 '전압 강하', '기전력'이라는 단어가 등장한다면 키르히호프의 제2법칙을 선택하셔야 합니다. 1법칙은 전류, 2법칙은 전압이라는 키워드를 확실히 연결하여 기억하시기 바랍니다.

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3. 전력과 전력량 (전기가 하는 일의 양)

가전제품을 보면 1000[W], 2000[W]와 같이 소비 전력이 적혀 있습니다. 전력이란 1초 동안 전기가 하는 일의 양을 의미하며, 여기에 사용한 시간(h 또는 sec)을 곱하면 전력량이 됩니다.

• 전력 공식 (P): P = V × I = I² × R = V² ÷ R [W]
• 전력량 공식 (W): W = P × t [Wh 또는 J]
• 단위 주의: 1[J] = 1[W·sec] 이며, 열량으로 환산하면 1[J]은 약 0.24[cal] 입니다. 줄의 법칙에 의해 발생하는 열량(H)은 0.24 × I² × R × t [cal] 가 됩니다.

[엄선 기출문제 3] Q. 저항 300[Ω]의 부하에서 90[kW]의 전력이 소비되었다면 이 때 흐르는 전류는 약 몇 [A]인가?

1. 3.3
2. 17.3
3. 24.5
4. 30.0

정답: 2번 (17.3) 상세 해설: 전력(P)과 저항(R)이 주어졌을 때 전류(I)를 구하는 문제입니다. 전력 공식 P = I² × R 을 사용합니다. 주어진 전력 90[kW]는 90,000[W]입니다. 공식에 대입하면 90,000 = I² × 300 이 됩니다. 양변을 300으로 나누면 I² = 300 이 도출됩니다. 전류 I를 구하기 위해 공학용 계산기에서 루트(√) 300을 계산하면 약 17.3205... 값이 나옵니다. 따라서 정답은 17.3[A] 입니다.

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1분 마무리 요약 노트

1. 저항의 접속: 동일한 저항 n개를 연결할 때, 최대 저항(직렬)은 최소 저항(병렬)의 n²배가 됩니다. (예: 4개면 16배)
2. 키르히호프의 법칙: 제1법칙은 노드에서의 전류 법칙(KCL)이며, 제2법칙은 루프에서의 전압 법칙(KVL)입니다.
3. 전력 계산: P = I² × R 공식을 완벽하게 숙지하고, 전류(I)를 구하기 위해 공학용 계산기의 루트 기능을 적극적으로 활용하십시오.

오늘 학습한 직류회로의 기초는 앞으로 배울 교류회로와 전기기기 과목의 토대가 되는 가장 중요한 내용입니다. 기출문제를 반복해서 풀어보며 공식을 손에 익히시길 권장합니다.

[카테고리의 다른 글 이어보기] 직류의 흐름을 이해하셨다면, 이제 우리 주변에서 실제로 가장 많이 쓰이는 교류 전기에 대해 알아볼 차례입니다. 다음 시간에는 파고율, 파형률, 그리고 R-L-C 임피던스를 다루는 전기기능사 필기 3편으로 찾아오겠습니다. 아래 링크를 클릭해 바로 학습을 이어가시기 바랍니다.

• [다음 편] 전기기능사 필기 3과목: 교류회로 핵심 기출문제 풀러 가기 
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