소방시설관리사 1차 소방수리학·약제화학 및 소방전기 기출문제 해설

총 50문항 · 문제·정답·해설·개념 무료 학습

이 회차는 50문항입니다. 「옳지 않은 것」을 묻는 문항이 13문항입니다. 보기에서 고르는 조합형이 4문항입니다. 풀이가 붙은 문항이 50문항입니다.

• 1

  어떤 액체의 체적이 5 m³, 중량이 98,000 N이다. 액체의 비중은 얼마인가? (단, 물의 비중량은 9,800 N/m³ 이다.)

  1. 1. 0.5
  2. 2. 1.0
  3. 3. 1.5
  4. 4. 2.0

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 먼저 액체의 비중량을 구한다. 비중량 = 중량 ÷ 체적 = 98,000 ÷ 5 = 19,600 N/m³이다.② 비중은 그 물질의 비중량을 물의 비중량으로 나눈 값이다.③ 비중 = 19,600 ÷ 9,800 = 2.0이다.④ 따라서 비중은 2.0이므로 ④가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 비중은 물과 견준 값이다
  2. 비중은 그 물질의 비중량을 물의 비중량으로 나눈 값이다. 나누는 두 값의 단위가 같아 서로 지워지므로 비중에는 단위가 붙지 않는다. 그래서 먼저 액체의 비중량을 만들고, 물의 비중량으로 나누기만 하면 된다.
  3. ↓
  4. ② 액체의 비중량을 구한다
  5. 비중량은 단위 부피가 갖는 무게다. 주어진 중량을 부피로 나누면 나온다.
  6. → 액체의 비중량 = 98,000 ÷ 5 = 19,600 N/㎥
  7. ↓
  8. ③ 무엇으로 나눌지 확인한다
  9. 잣대는 물의 비중량 9,800 N/㎥이다. 밀도 2,000kg/㎥ 같은 값으로 나누면 단위가 어긋나므로, 반드시 같은 단위끼리 견주어야 한다.
  10. → 물의 비중량 = 9,800 N/㎥
  11. ↓
  12. ④ 나눈다
  13. 액체의 비중량을 물의 비중량으로 나누면 물보다 몇 배 무거운지가 나온다. 얻은 값에 물의 비중량을 되곱하면 19,600으로 돌아와 계산이 맞음을 확인할 수 있다.
  14. → 비중 = 19,600 ÷ 9,800 = 2.0

  액체 무게를 부피로 나눈 값을 물의 비중량으로 나누면 2.0이므로, 정답은 4번이다.

• 2

  물 속에 평행한 유리판을 연직으로 세웠을 때 모세관의 높이(cm)는 약 얼마인가? (단, 유리판의 간격은 5 mm, 접촉각은 0°, 물의 비중량은 9,800 N/m³, 물의 표면장력은 7.5 × 10⁻² N/m이다.)

  1. 1. 0.3
  2. 2. 1.3
  3. 3. 2.3
  4. 4. 3.3

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 평행판 사이의 모세관 상승 높이는 h = 2σcosθ ÷ (γ·d)이다(σ=표면장력, θ=접촉각, γ=비중량, d=판 간격). ② 접촉각이 0°이므로 cosθ = 1이고, d = 5 mm = 0.005 m이다. ③ h = (2 × 7.5 × 10⁻²) ÷ (9,800 × 0.005) = 0.15 ÷ 49 ≈ 0.00306 m이다. ④ 이를 cm로 바꾸면 약 0.3 cm이므로 1이 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 평행판 공식은 분자가 2다
  2. 가는 원형 관에서는 상승 높이가 4σcosθ를 γd로 나눈 값이지만, 평행한 두 판 사이에서는 분자가 2σcosθ다. 물을 붙잡는 면이 원둘레가 아니라 두 줄뿐이기 때문이다. 이 4와 2를 바꿔 쓰면 답이 두 배로 어긋난다.
  3. ↓
  4. ② 값과 단위를 정리한다
  5. 표면장력과 비중량은 그대로 쓰고, 판 간격만 밀리미터로 주어져 있으니 미터로 바꾼다.
  6. → 표면장력 = 0.075 N/m
  7. → 판 간격 = 5mm, 곧 0.005m
  8. ↓
  9. ③ 접촉각을 처리한다
  10. 접촉각이 0도이므로 그 코사인은 1이다. 물이 유리를 완전히 적셔 위로 끌어올리는 힘이 가장 크게 걸리는 조건이다. 접촉각이 90도를 넘으면 코사인이 음수가 되어 액체가 오히려 판 사이에서 내려앉는데, 수은이 유리와 만날 때가 그런 경우다.
  11. → 접촉각의 코사인 = 1
  12. ↓
  13. ④ 분자를 구한다
  14. 표면장력을 두 배 하고 접촉각의 코사인을 곱한다.
  15. → 분자 = 2 × 0.075 × 1 = 0.15
  16. ↓
  17. ⑤ 분모를 구한다
  18. 비중량에 판 간격을 곱한다. 간격이 좁을수록 이 값이 작아져 물이 더 높이 올라간다.
  19. → 분모 = 9,800 × 0.005 = 49
  20. ↓
  21. ⑥ 나누고 단위를 바꾼다
  22. 분자를 분모로 나누면 미터 단위의 높이가 나오므로, 백을 곱해 센티미터로 옮긴다. 판 간격 5mm는 모세관 현상이 크게 나타나기에는 넓은 편이라 상승 높이가 3mm 남짓으로 작게 나온다.
  23. → 높이 = 0.15 ÷ 49 = 0.00306m
  24. → 모세관 높이 = 약 0.3cm

  표면장력과 접촉각, 비중량과 판 간격을 공식에 넣으면 약 0.3센티미터이므로, 정답은 1번이다.

• 3

  베르누이 방정식에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 적용조건은 비압축성 흐름, 비점성 흐름이다.
  2. 2. 동수경사선은 압력수두와 위치수두의 합을 연결한 선이다.
  3. 3. 질량보존법칙을 유체의 흐름에 적용한 것이다.
  4. 4. 전수두(total head)는 압력수두와 위치수두, 속도수두의 합이다.

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 베르누이 방정식은 비압축성·비점성 흐름에 더해 정상류라는 조건에서 성립하므로, 보기가 든 적용조건은 방정식의 전제와 부합한다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 바른 이 보기는 정답이 아니다. 옳다.
  2. 동수경사선(HGL, hydraulic grade line)은 각 지점의 압력수두와 위치수두를 더한 값을 이은 선으로 정의되므로, 보기의 설명은 그 정의와 일치한다. 옳지 않은 것을 고르는 문제에서 옳은 이 보기는 답이 아니다. 옳다.
  3. 베르누이 방정식은 에너지보존법칙을 유체 흐름에 적용한 것이다. 질량보존을 적용한 것은 연속방정식이므로, '질량보존'이라는 설명은 옳지 않다(정답).
  4. 전수두(total head)는 압력수두와 위치수두, 속도수두를 모두 합한 값으로 정의되므로, 세 수두의 합이라는 보기의 서술은 정확하다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 바른 이 보기는 정답이 될 수 없다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 소방 배관의 물 흐름을 베르누이 식으로 풀기 전에, 물이 잘 압축되지 않고 끈적임인 점성이 거의 없으며 시간이 지나도 변하지 않는 흐름인지부터 하나하나 확인한다.
  2. 甲이 X아파트 지하 급수배관을 따라 걸으며 곳곳에서 압력수두에 위치수두를 얹어 나온 숫자를 하나씩 표시했더니, 그 표시들을 이은 자취가 바로 동수경사선이 되었다.
  3. 甲은 소방 배관에 베르누이 식을 적용하며, 이 식이 물이 드나드는 양을 맞추는 게 아니라 압력·위치·속도 에너지의 합이 한결같다는 이치에서 나왔음을 짚어냈다.
  4. 甲이 흐르는 물이 지닌 전체 에너지를 따질 때는 누르는 힘인 압력수두와 높이인 위치수두, 빠르기인 속도수두 세 몫을 빠짐없이 더해 전수두를 구한다.

  베르누이 방정식은 질량이 아니라 에너지가 보존된다는 법칙을 흐름에 적용한 것이므로, 정답은 3번이다.

• 4

  원형관에서 레이놀즈수(Re)로 알 수 있는 흐름이 아닌 것은?

  1. 1. 층류
  2. 2. 난류
  3. 3. 천이류
  4. 4. 사류

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 층류는 레이놀즈수가 낮을 때(약 2,100 이하) 나타나는 흐름으로 Re로 판별한다. 그래서 이 보기는 '원형관에서 레이놀즈수(Re)로 알 수 있는 흐름'에 해당하므로 문제가 고르라는 것이 아니다. 옳다.
  2. 난류는 레이놀즈수가 높을 때(약 4,000 이상) 나타나는 흐름으로 Re로 판별한다. 그래서 이 보기는 '원형관에서 레이놀즈수(Re)로 알 수 있는 흐름'에 해당하므로 문제가 고르라는 것이 아니다. 옳다.
  3. 천이류는 층류와 난류 사이(약 2,100~4,000)의 흐름으로 Re로 판별한다. 그래서 이 보기는 '원형관에서 레이놀즈수(Re)로 알 수 있는 흐름'에 해당하므로 문제가 고르라는 것이 아니다. 옳다.
  4. 사류(사류·상류)는 개수로 흐름을 프루드수(Fr)로 구분하는 것이지 레이놀즈수로 알 수 있는 흐름이 아니다. 그래서 이 보기는 '원형관에서 레이놀즈수(Re)로 알 수 있는 흐름'에 해당하지 않으므로 이 보기가 정답이다. 보기 진술로는 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲이 가는 관에 물을 아주 천천히 흘리면 물줄기가 층층이 나란히 미끄러지듯 흐르는데, 甲은 레이놀즈수가 2,100보다 낮은 이 흐름을 층류로 판별한다.
  2. 甲이 같은 관에 물을 세차게 흘리면 물살이 이리저리 뒤섞여 소용돌이치는데, 甲은 레이놀즈수가 4,000을 넘는 이 흐름을 난류로 판별한다.
  3. 甲이 물의 속도를 층류와 난류 사이로 맞추면 흐름이 어느 쪽도 아닌 어중간한 상태가 되는데, 甲은 레이놀즈수가 2,100에서 4,000 사이인 이 흐름을 천이류로 본다.
  4. 甲은 개수로를 흐르는 물이 빠른 사류인지 느린 상류인지 가릴 때는 레이놀즈수가 아니라 관성과 중력의 비인 프루드수를 기준으로 삼았다.

  빠른 흐름과 느린 흐름을 가르는 이 잣대는 원형관 흐름이 아니라 개수로 흐름을 가르는 값이므로, 정답은 4번이다.

• 5

  관수로 흐름에서 주손실에 해당하는 것은?

  1. 1. 유입손실
  2. 2. 유출손실
  3. 3. 밸브손실
  4. 4. 마찰손실

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 유입손실은 관 입구의 형상 변화로 국부적으로 생기는 부차적 손실로, 관 벽면 마찰로 관 전체 길이에 걸쳐 발생하는 주손실과는 성격이 다르다. 따라서 주손실을 묻는 문제에서 옳지 않다.
  2. 유출손실은 관 출구에서 물이 배관을 빠져나가며 속도에너지가 흩어져 생기는 부차적 손실로, 특정 지점에서만 나타난다. 관 전체 길이에 걸쳐 생기는 주손실이 아니다.
  3. 밸브손실은 밸브나 이음쇠 같은 부속에서 흐름이 교란돼 생기는 부차적 손실로, 직관부의 벽면 마찰에서 비롯되는 주손실에 포함되지 않는다. 따라서 주손실을 묻는 문제에서 옳지 않다.
  4. 마찰손실은 관 벽과 물의 마찰로 관 전체 길이에 걸쳐 생기는 손실로, 관수로의 주손실에 해당한다. 따라서 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲이 물탱크에서 배관으로 물이 빨려 들어가는 입구를 살피면, 그 좁은 목에서 생기는 손실은 관 전체가 아니라 한 지점에서만 생겨 부차적 손실로 분류된다.
  2. 甲이 배관 끝에서 물이 탱크로 쏟아져 나오는 출구를 보면, 거기서 생기는 에너지 손실도 관 전체가 아니라 출구 한 곳에서만 나는 부차적 손실에 그친다.
  3. 甲이 배관 중간에 달린 밸브를 반쯤 잠그면 그 자리에서 물살이 부딪혀 에너지가 깎이는데, 이렇게 밸브나 이음쇠에서 생기는 손실은 부차적 손실에 해당한다.
  4. 긴 배관에서 대부분의 에너지 손실은 관 벽과의 마찰에서 생기며(주손실), 입구·출구·밸브·굽은 곳에서 생기는 손실은 상대적으로 작은 부차적 손실이다.

  입구·출구·밸브에서 생기는 손실은 한 지점의 부차적 손실일 뿐, 관 전체 길이에 걸쳐 생기는 주된 손실은 벽과의 마찰에서 비롯되므로, 정답은 4번이다.

• 6

  정상류 흐름에 관한 정의로 옳은 것은?

  1. 1. 모든 점에서의 흐름과 특성이 시간에 따라 변하지 않는 흐름
  2. 2. 모든 점에서의 흐름과 특성이 시간에 따라 변하는 흐름
  3. 3. 일정 구간에서 흐름과 특성이 변하지 않는 흐름
  4. 4. 일정 구간에서 흐름과 특성이 변하는 흐름

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 정상류는 어느 한 점에서 시간이 지나도 속도·압력 같은 흐름의 특성이 변하지 않는 흐름이다. 정의에 맞으므로 옳다(정답).
  2. 시간에 따라 흐름의 특성이 변하는 것은 정상류가 아니라 비정상류의 특징이며, 정상류는 한 점의 특성이 시간이 지나도 일정하게 유지되는 흐름이다. 따라서 정상류의 정의로는 옳지 않다.
  3. '일정 구간에서 변하지 않는' 것은 위치에 따른 변화(등류)를 말하는 것으로, 시간 기준인 정상류의 정의가 아니다. 옳지 않다.
  4. 일정 구간에서 특성이 변한다는 것은 시간이 아닌 위치에 따른 변화, 곧 비등류에 해당하며, 시간적 불변을 뜻하는 정상류의 개념과는 기준 자체가 다르다. 따라서 정상류의 정의로는 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 한 지점에서 수도를 일정하게 틀어 놓으면 그 자리의 물살 세기가 시간이 지나도 그대로인데, 이것이 정상류다.
  2. 甲이 수도꼭지를 서서히 더 열었다 잠갔다 하면 같은 자리인데도 물살 세기가 시간마다 달라지는데, 이렇게 시간에 따라 변하는 흐름은 정상류가 아니라 비정상류다.
  3. 甲이 곧고 굵기가 일정한 배관을 따라가며 여러 지점의 물살을 비교했을 때 위치가 달라져도 흐름이 똑같다면, 이는 위치 기준의 등류이지 시간 기준의 정상류가 아니다.
  4. 甲이 좁아졌다 넓어졌다 하는 관을 따라 앞뒤 지점의 유속을 비교하자 자리마다 값이 달라졌는데, 이렇게 위치에 따라 갈리는 흐름은 비등류일 뿐 시간을 기준으로 정의되는 정상류로는 볼 수 없다.

  한 점에서 시간이 지나도 흐름의 특성이 그대로 유지되는 흐름을 가리키는 정의이므로, 정답은 1번이다.

• 7

  길이 30 m, 내경 50 cm인 원형관을 통하여, 유량 0.5 m³/s의 물을 높이 20 m까지 양수하려고 한다. 이때 필요한 동력(HP)은 약 얼마인가? (단, 펌프와 모터의 합성효율은 80 %, 물의 비중량은 9,800 N/m³, 마찰손실계수는 0.02, 기타손실은 무시한다.)

  1. 1. 70
  2. 2. 170
  3. 3. 270
  4. 4. 370

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 유속을 구한다. V = 유량 ÷ 단면적 = 0.5 ÷ (π × 0.25²) ≈ 2.55 m/s이다. ② 마찰손실수두 h_f = f·(L/D)·(V²/2g) = 0.02 × (30/0.5) × (2.55²/19.6) ≈ 0.4 m이다. ③ 전양정 H = 실양정 + 마찰손실 = 20 + 0.4 ≈ 20.4 m이다. ④ 동력 P = γ·Q·H ÷ η = (9,800 × 0.5 × 20.4) ÷ 0.8 ≈ 124,950 W이다. ⑤ 1 HP ≈ 746 W이므로 124,950 ÷ 746 ≈ 170 HP이다. 따라서 2가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 동력은 전양정을 만든 뒤에 구한다
  2. 펌프 동력은 비중량과 유량과 전양정을 곱해 효율로 나눈 값이다. 전양정은 실제로 물을 올리는 높이에 관을 지나며 잃는 마찰손실을 더한 값이므로, 유속과 마찰손실을 차례로 만들어야 한다.
  3. ↓
  4. ② 관의 단면적을 구한다
  5. 내경이 센티미터로 주어져 있으니 미터로 바꾼 뒤 원의 넓이를 구한다.
  6. → 내경 = 50cm, 곧 0.5m
  7. → 단면적 = 3.14 × 0.5 × 0.5 ÷ 4 = 0.1963㎡
  8. ↓
  9. ③ 유속을 구한다
  10. 유량을 단면적으로 나누면 관 안에서 물이 흐르는 속도가 나온다.
  11. → 유속 = 0.5 ÷ 0.1963 = 2.546m/s
  12. ↓
  13. ④ 마찰손실수두를 구한다
  14. 다시·바이스바흐 식으로 구한다. 관 형상 항과 속도수두 항을 각각 만들어 마찰손실계수와 곱한다.
  15. → 길이를 내경으로 나눈 값 = 30 ÷ 0.5 = 60
  16. → 속도수두 = 2.546 × 2.546 ÷ 19.6 = 0.331m
  17. → 마찰손실수두 = 0.02 × 60 × 0.331 = 0.40m
  18. ↓
  19. ⑤ 전양정을 만든다
  20. 실제로 올릴 높이에 방금 구한 마찰손실을 더한다. 손실이 실양정에 견주면 아주 작다.
  21. → 전양정 = 20 + 0.40 = 20.4m
  22. ↓
  23. ⑥ 물에 실어 주는 동력을 구한다
  24. 비중량과 유량과 전양정을 곱하면 물이 받는 동력이 나온다.
  25. → 수동력 = 9,800 × 0.5 × 20.4 = 99,960W
  26. ↓
  27. ⑦ 효율로 나눠 축동력으로 바꾼다
  28. 펌프와 모터가 손실을 내므로 실제로 넣어야 할 동력은 더 크다.
  29. → 축동력 = 99,960 ÷ 0.8 = 124,950W
  30. ↓
  31. ⑧ 마력으로 바꾼다
  32. 1마력은 약 746W이므로 그 값으로 나눈다. 계산값은 약 168마력이고, 보기 가운데 가장 가까운 것을 고르면 된다.
  33. → 마력 환산 = 124,950 ÷ 746 = 167.5HP
  34. → 필요한 동력 = 약 170HP

  유속과 손실수두로 구한 전양정과 유량을 동력 공식에 넣어 마력으로 바꾸면 약 170마력이므로, 정답은 2번이다.

• 8

  공동현상을 피하기 위하여 고려해야하는 항목으로 옳은 것을 모두 고른 것은? ㄱ. 흡입수조의 형상과 치수는 흐름에 과도한 편류 또는 와류가 생기지 않도록 계획하여야 한다. ㄴ. 계획토출량보다 현저하게 벗어나는 범위에서의 운전은 피해야 한다. ㄷ. 펌프의 설치 위치를 가능한 높게 한다.

  1. 1. ㄱ
  2. 2. ㄱ, ㄴ
  3. 3. ㄴ, ㄷ
  4. 4. ㄱ, ㄴ, ㄷ

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 흡입수조에 편류·와류가 생기면 압력이 국부적으로 낮아져 공동현상이 잘 생기므로, 형상·치수를 잘 계획해 이를 막아야 한다. 옳다.
  2. 펌프를 계획토출량에서 크게 벗어나 운전하면 흡입 쪽 압력이 불안정해져 공동현상이 생기기 쉬우므로 피해야 한다. 옳다.
  3. 펌프 설치 위치를 높이면 흡입양정이 커져 흡입 압력이 더 낮아지고 공동현상이 오히려 잘 생긴다. 가능한 '낮게' 설치해야 하므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 흡입구 앞에서 물이 소용돌이치면 그 부분 압력이 확 낮아져 기포가 생기므로, 수조 모양을 다듬어 소용돌이를 없앤다.
  2. 펌프를 설계 유량에서 크게 벗어나게 돌리면 흡입 압력이 요동쳐 기포가 생기기 쉬우므로, 정해진 유량 근처에서 운전한다.
  3. 설비기사 甲이 펌프를 수면보다 높이 달면 물을 더 높은 데서 끌어올리는 셈이라 흡입 압력이 낮아져 공동현상이 심해진다. 그래서 甲은 펌프를 수면 가까이 낮춰 설치한다.

  펌프는 낮게 두어야 빨아들이는 압력이 덜 낮아져 이 현상을 줄일 수 있는데 이를 반대로 높게 두라 했으므로, 정답은 2번이다.

• 9

  Darcy-Weisbach 공식에서 마찰손실수두에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 관의 길이에 비례한다.
  2. 2. 관의 직경에 반비례한다.
  3. 3. 중력가속도에 반비례한다.
  4. 4. 마찰손실계수에 반비례한다.

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 마찰손실수두 h_f = f·(L/D)·(V²/2g)에서 관 길이 L에 비례한다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  2. Darcy-Weisbach 공식에서 관 직경 D는 분모에 놓이므로 마찰손실수두는 직경이 커질수록 작아져 직경에 반비례한다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 바르게 서술된 이 보기는 정답이 아니다. 옳다.
  3. Darcy-Weisbach 공식에서 중력가속도 g는 분모의 2g 항에 있어 마찰손실수두는 g에 반비례하므로, 보기의 설명은 공식 구조와 일치한다. 옳지 않은 것을 고르는 문제에서 옳은 이 보기는 답이 아니다. 옳다.
  4. Darcy-Weisbach 공식에서 마찰손실계수 f는 분자에 위치하므로 마찰손실수두는 f에 비례하는데, 보기는 이를 반비례로 뒤바꿔 서술했다. 비례 관계를 정반대로 적었으므로 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲이 같은 굵기의 배관을 두 배로 길게 늘여 물을 흘리면 벽과 부딪히는 구간도 두 배가 되어, 甲은 마찰손실수두가 관 길이에 비례해 커진다고 본다.
  2. 甲이 같은 물을 굵은 관과 가는 관에 각각 흘려 보면 굵은 관일수록 벽 마찰의 영향이 줄어, 甲은 관 직경이 커질수록 마찰손실수두가 작아진다고 정리한다.
  3. 甲이 식의 분모에 놓인 중력가속도 2g를 보면 이 값이 커질수록 전체 손실수두가 작아지므로, 甲은 마찰손실수두가 중력가속도에 반비례한다고 이해한다.
  4. 설계자 甲이 h_f = f·(L/D)·(V²/2g) 식을 보면 f는 곱해지는 값이라 f가 커질수록 손실도 커진다. 그래서 甲은 마찰손실계수가 손실수두에 비례한다고 본다.

  이 값을 구하는 식에서 마찰손실계수는 나누는 값이 아니라 곱해지는 값이므로, 정답은 4번이다.

• 10

  표준상태에서 고체가연물질인 탄소가 산소와 반응하는 화학반응식이다. 각 반응식에 관한 내용이 올바르게 나열된 것은? ㄱ. 2C + O₂ → 2CO --- Q₁ kcal (제1차 연소반응) ㄴ. 2CO + O₂ → 2CO₂ --- Q₂ kcal (제2차 연소반응)

  1. 1. ㄱ: 흡열반응, ㄴ: 흡열반응
  2. 2. ㄱ: 발열반응, ㄴ: 발열반응
  3. 3. ㄱ: 흡열반응, ㄴ: 발열반응
  4. 4. ㄱ: 발열반응, ㄴ: 흡열반응

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. ① ㄱ(2C + O₂ → 2CO)은 탄소가 산소와 결합해 일산화탄소가 되는 연소반응으로 열을 내는 발열반응이다. ② ㄴ(2CO + O₂ → 2CO₂)은 일산화탄소가 마저 타 이산화탄소가 되는 연소반응으로 역시 발열반응이다. ③ 연소는 본래 열을 내는 산화반응이므로 두 반응 모두 발열이다. ④ 따라서 ㄱ·ㄴ 모두 발열반응인 2가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 숯이 타면서 열을 내듯, 탄소가 산소와 만나 CO가 되는 것도, 그 CO가 마저 타 CO₂가 되는 것도 모두 열을 내는 발열반응이다.

  탄소가 산소와 만나 타는 두 반응 모두 열을 내놓는 반응이므로, 정답은 2번이다.

• 소방시설관리사 1차 기출 50문항 · 자동복습과 예상점수까지 무료로 →
• 11

  표준상태에서 비열(cal/g·℃)이 가장 큰 물질은?

  1. 1. HFC-23
  2. 2. 사염화탄소
  3. 3. 물
  4. 4. 파라핀

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. HFC-23은 소화약제로 쓰이는 화합물로 비열이 물보다 작아, 네 물질 가운데 비열이 가장 큰 물질이라고 볼 수 없다. 따라서 비열이 가장 큰 것을 묻는 문제에서 옳지 않다.
  2. 사염화탄소는 비열이 약 0.2 cal/g·℃로 1인 물의 5분의 1 수준에 그쳐, 네 물질 중 비열이 가장 큰 물질이 될 수 없다. 따라서 비열이 가장 큰 것을 묻는 문제에서 옳지 않다.
  3. 물은 비열이 1 cal/g·℃로 일상 물질 가운데 유난히 커서 함께 제시된 HFC-23·사염화탄소·파라핀보다 모두 높으므로, 네 물질 중 비열이 가장 큰 물질에 해당한다. 옳다(정답).
  4. 파라핀은 비열이 약 0.5 cal/g·℃ 정도로 1인 물의 절반 수준에 머물러, 네 물질 가운데 비열이 가장 큰 물질이라고 할 수 없다. 따라서 비열이 가장 큰 것을 묻는 문제에서 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 소화약제로 쓰이는 HFC-23과 물에 같은 열을 주어 데워 보면, HFC-23 쪽 온도가 물보다 훨씬 빨리 올라 비열이 물보다 작다는 것을 확인한다.
  2. 甲이 사염화탄소를 데워 보면 비열이 약 0.2로 물의 5분의 1 수준이라, 적은 열로도 온도가 쑥 올라가 물처럼 열을 많이 품지 못한다는 것을 알게 된다.
  3. 물은 데우는 데 열이 많이 들고 잘 식지 않아, 같은 열로 온도를 올리기 어렵다. 이 큰 비열 덕분에 냉각소화에 뛰어나다.
  4. 甲이 양초 성분인 파라핀을 가열해 보면 비열이 약 0.5로 물의 절반쯤이어서, 같은 열을 주어도 물보다 온도가 빨리 올라 열을 덜 품는다는 것을 확인한다.

  네 물질 가운데 같은 열로 데워도 온도가 가장 더디게 오르는 물질이므로, 정답은 3번이다.

• 12

  수성막포소화약제에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 탄화불소계 계면활성제를 주성분으로 물의 표면장력을 높이는 효과로 사용한다.
  2. 2. 20 ℃의 사이클로헥산(cyclohexane)의 액면 위에 수성막을 형성할 수 있어야 한다.
  3. 3. 수성막포소화약제의 수성막 성능은 확산계수로 나타낼 수 있다.
  4. 4. 제3종 분말소화약제와 혼용할 경우 소화효율을 높일 수 있다.

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 수성막포는 탄화불소계 계면활성제로 물의 표면장력을 '낮춰' 기름 위로 얇게 퍼지는 수성막을 만든다. '표면장력을 높인다'는 반대라 옳지 않다(정답).
  2. 성능 기준상 수성막포는 20 ℃ 사이클로헥산 같은 유기용제의 기름면 위에서도 막을 펼 수 있어야 하며, 이는 품질 판정 조건에 해당한다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  3. 수성막포가 유류 표면 위로 얼마나 잘 퍼져 막을 이루는지는 확산계수로 나타내므로, 보기의 설명은 옳다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 바르게 서술된 이 보기는 정답이 아니다. 옳다.
  4. 수성막포와 제3종 분말소화약제를 함께 쓰는 트윈에이전트 방식은 두 약제의 소화작용이 서로 보완되어 소화효율을 높일 수 있으므로, 보기는 옳다. 옳지 않은 것을 고르는 문제에서 이 보기는 정답이 아니다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 소방시설 점검 중 수성막포소화약제 속 탄화불소계 계면활성제가 물 표면의 장력을 떨어뜨려 주는 덕분에, 기름 위로 얇은 막이 고르게 펴지는 모습을 직접 확인했다.
  2. 甲이 20 ℃ 사이클로헥산을 담은 그릇에 수성막포를 부어 기름면 위로 얇은 막이 고르게 퍼지는지 살피는데, 이 시험을 통과해야 품질 기준을 만족한 것으로 본다.
  3. 甲이 기름 위에 떨어뜨린 수성막포가 얼마나 넓고 빠르게 번지는지를 수치로 견주려 할 때, 甲은 그 퍼짐 정도를 확산계수라는 값으로 나타낸다.
  4. 甲이 기름 화재에 수성막포로 막을 덮고 제3종 분말을 함께 뿌리는 트윈에이전트 방식을 쓰자, 두 약제가 서로 도와 불이 더 빠르게 잡히는 것을 경험한다.

  이 계면활성제는 물의 표면장력을 높이는 게 아니라 오히려 낮춰 기름 위에 얇은 막을 펼치도록 돕는 성분이므로, 정답은 1번이다.

• 13

  고체에어로졸소화설비의 화재안전성능기준상 용어의 정의로 옳지 않은 것은?

  1. 1. “고체에어로졸화합물”이란 과산화물질, 가연성물질 등의 혼합물로서 화재를 소화하는 비전도성의 미세입자인 에어로졸을 만드는 고체화합물을 말한다.
  2. 2. “고체에어로졸”이란 고체에어로졸화합물의 연소과정에 의해 생성된 직경 10 마이크로미터 이하의 고체 입자와 기체 상태의 물질로 구성된 혼합물을 말한다.
  3. 3. “고체에어로졸소화설비”란 설계밀도 이상의 고체에어로졸을 방호구역 전체에 균일하게 방출하는 설비로서 분산(Dispersed)방식을 말한다.
  4. 4. “소화밀도”란 방호공간 내 규정된 시험조건의 화재를 소화하는데 필요한 단위체적(m³)당 고체에어로졸화합물의 질량(g)을 말한다.

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 고체에어로졸화합물의 정의는 기준과 일치한다(과산화물질·가연성물질 등의 혼합물로 비전도성 미세입자 에어로졸을 만드는 고체화합물). 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  2. 고체에어로졸의 정의는 기준과 일치한다(연소과정으로 생성된 직경 10 μm 이하 고체입자와 기체의 혼합물). 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  3. 기준상 고체에어로졸소화설비는 '분산(Dispersed)방식이 아닌 압축(Condensed)방식'을 말한다. 보기는 '분산방식'이라 했으므로 정의를 뒤바꿔 옳지 않다(정답).
  4. 소화밀도의 정의는 기준과 일치한다(규정 시험조건의 화재 소화에 필요한 단위체적당 고체에어로졸화합물의 질량). 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 고체에어로졸화합물을 뜯어보면 과산화물질과 가연성물질 등을 섞어 굳힌 고체인데, 불이 나면 전기가 통하지 않는 미세한 에어로졸 입자를 만들어 낸다.
  2. 甲이 고체에어로졸화합물을 태워 나온 연기를 살피면, 직경 10 마이크로미터 이하의 아주 작은 고체 알갱이와 기체가 뒤섞인 혼합물로 이루어져 있음을 확인한다.
  3. 甲이 전산실 방호구역에 고체에어로졸소화설비를 설치하면서, 고체에어로졸을 압축(Condensed) 방식으로 내뿜는 노즐을 설계밀도에 맞춰 구역 전체에 고르게 배치한다.
  4. 甲이 정해진 시험조건의 불을 끄는 데 필요한 약제량을 방호공간 1세제곱미터마다 몇 그램인지로 따져 보는데, 甲은 이 값을 소화밀도라고 부른다.

  이 설비는 흩뿌리는 방식이 아니라 압축한 상태로 내뿜는 방식을 가리키는 말이므로, 정답은 3번이다.

• 14

  이산화탄소소화설비의 화재안전기술기준상 배관의 구경은 이산화탄소 소화약제의 소요량이 기준에 따른 시간 내에 방출될 수 있는 것으로 해야 한다. ( )에 들어갈 내용으로 옳은 것은? 전역방출방식에 있어서 종이, 목재, 석탄, 섬유류, 합성수지류 등 심부화재 방호대상물의 경우에는 ( ㄱ )분. 이 경우 설계농도가 ( ㄴ )분 이내에 ( ㄷ ) %에 도달해야 한다.

  1. 1. ㄱ: 5, ㄴ: 1, ㄷ: 30
  2. 2. ㄱ: 5, ㄴ: 2, ㄷ: 20
  3. 3. ㄱ: 7, ㄴ: 1, ㄷ: 20
  4. 4. ㄱ: 7, ㄴ: 2, ㄷ: 30

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. ① ㄱ – 심부화재(종이·목재·석탄·섬유류·합성수지류) 방호대상물의 방출시간은 7분이므로 ㄱ은 7이다.② ㄴ·ㄷ – 이 경우 설계농도가 2분 이내에 30 %에 도달해야 하므로 ㄴ은 2, ㄷ은 30이다.③ 심부화재는 깊숙이 타들어가 시간이 오래 걸리므로 방출시간을 7분으로 길게 잡는다.④ 따라서 ㄱ:7·ㄴ:2·ㄷ:30인 ④가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 종이·목재처럼 속으로 타들어가는 심부화재는 약제를 7분에 걸쳐 방출하되, 초기 2분 안에 설계농도의 30 %까지 빠르게 도달시켜 불길을 잡는다.

  심부화재를 다루는 이 방식의 방출시간은 7분이고 설계농도는 2분 안에 30퍼센트에 이르러야 하므로, 정답은 4번이다.

• 15

  화재시 이산화탄소를 방출하여 산소 농도를 10 vol%로 낮추어 소화하려면, 공기 중의 최소 이산화탄소 농도(vol%)는 약 얼마인가? (단, 무유출(No efflux) 방식을 전제로 하고, 공기중 산소 농도는 21 vol%이다.)

  1. 1. 52.38
  2. 2. 43.42
  3. 3. 33.38
  4. 4. 11.02

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 이산화탄소 농도는 CO₂(%) = (21 − O₂) ÷ 21 × 100 공식으로 구한다(O₂는 낮추려는 산소 농도). ② O₂ = 10 vol%를 대입하면 CO₂ = (21 − 10) ÷ 21 × 100이다. ③ = 11 ÷ 21 × 100 ≈ 52.38 vol%이다. ④ 따라서 약 52.38 vol%이므로 1이 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 밀어낸 만큼이 이산화탄소 농도다
  2. 무유출 방식은 이산화탄소를 넣어도 기체가 밖으로 새지 않아 전체 부피가 그대로라고 본다. 그러니 이산화탄소가 들어온 만큼 공기가 밀려나고 산소는 그 비율만큼 묽어진다. 줄어든 산소의 비율이 곧 이산화탄소가 차지한 부피 비율이 된다.
  3. ↓
  4. ② 공식을 세운다
  5. 공기 중 산소 농도에서 목표 산소 농도를 뺀 값을 원래 산소 농도로 나누고 백을 곱한다. 이 식은 이산화탄소가 산소를 그 비율만큼 밀어낸다고 보고 세운 것이라 무유출 조건에서만 쓸 수 있다.
  6. → 이산화탄소 농도 = 21에서 목표 산소를 뺀 값 ÷ 21 × 100
  7. ↓
  8. ③ 줄여야 할 산소를 구한다
  9. 공기 중 21에서 목표인 10까지 낮추므로 그 차이를 구한다.
  10. → 줄어든 산소 = 21 − 10 = 11
  11. ↓
  12. ④ 원래 농도로 나눈다
  13. 줄어든 몫이 원래 산소의 몇 분의 몇인지를 잰다.
  14. → 비율 = 11 ÷ 21 = 0.5238
  15. ↓
  16. ⑤ 백분율로 바꾼다
  17. 비율에 백을 곱해 부피 퍼센트로 옮긴다. 이 농도를 넣으면 남는 산소가 10 부피퍼센트가 되어 조건과 맞아떨어진다. 이보다 묽으면 산소가 10을 넘어 불이 꺼지지 않으므로 최소 농도라고 부른다.
  18. → 최소 이산화탄소 농도 = 0.5238 × 100 = 약 52.38 vol%

  낮추려는 산소 농도를 공식에 넣으면 약 52.38부피퍼센트이므로, 정답은 1번이다.

• 16

  금속화재에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 알루미늄, 마그네슘, 아연 등의 금속 또는 금속분말에 의한 화재이다.
  2. 2. 주된 소화약제는 이산화탄소 소화약제이다.
  3. 3. 팽창질석을 사용하여 금속화재 표면을 덮어 질식소화할 수 있다.
  4. 4. 금속화재를 일으키는 Na, K 등은 물과 만나면 수소가스를 발생시키는 금수성 물질이다.

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 금속화재는 알루미늄·마그네슘·아연 등 금속이나 금속분말에 의한 화재(D급)다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  2. 금속화재에 이산화탄소를 쓰면 뜨거운 금속이 이산화탄소를 분해해 오히려 연소를 돕는다. 주된 소화약제는 팽창질석·건조사 등이므로, '이산화탄소가 주된 약제'라는 설명은 옳지 않다(정답).
  3. 팽창질석으로 금속 표면을 덮으면 공기 중 산소와의 접촉이 차단되어 질식소화가 이루어지므로, 보기의 설명은 옳다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 바르게 서술된 이 보기는 정답이 아니다. 옳다.
  4. 나트륨(Na)·칼륨(K)은 물과 만나면 수소가스를 내는 금수성 물질이라 물로 끄면 폭발 위험이 있다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 공장에서 알루미늄과 마그네슘 가루가 쌓인 작업장에 불이 붙는 것을 보면, 이렇게 금속이나 그 분말이 타는 화재를 D급 금속화재로 분류한다.
  2. 甲은 금속화재가 자주 나는 작업장에 이산화탄소 소화기 대신 마른 모래가 담긴 통을 비치해 두고, 불이 나면 그 모래를 끼얹어 불길을 잠재운다.
  3. 甲이 불타는 금속 위에 팽창질석을 두툼하게 덮자 공기가 차단되어 산소 공급이 끊기고, 불길이 산소를 얻지 못해 서서히 잦아드는 것을 확인한다.
  4. 甲이 나트륨 덩어리에 물을 끼얹자 물과 격렬히 반응하며 수소가스가 뿜어져 나오는데, 甲은 이 금수성 물질에 물을 쓰면 폭발로 이어질 수 있음을 깨닫는다.

  이 화재에 주로 쓰는 약제는 이산화탄소가 아니라 팽창질석이나 마른 모래 같은 것이므로, 정답은 2번이다.

• 17

  물질을 저항률에 따라 분류한 도체와 절연체에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 1. 도체와 절연체는 온도가 증가함에 따라 저항이 증가한다.
  2. 2. 저항의 크기는 단면적에 비례하고, 길이에 반비례한다.
  3. 3. 액체 형태의 절연체도 존재한다.
  4. 4. 재질에 따라 고유값을 갖는 저항률(resistivity)의 단위는 [Ω/m]이다.

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 도체는 온도가 오르면 저항이 커지지만, 절연체·반도체는 온도가 오르면 오히려 저항이 작아진다. '둘 다 증가'는 옳지 않다.
  2. 도선의 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례하는데, 보기는 단면적에 비례하고 길이에 반비례한다고 두 관계를 정반대로 서술했다. 비례·반비례를 뒤바꿨으므로 옳지 않다.
  3. 변압기 절연유처럼 전기를 통하지 않으면서 열을 식혀 주는 액체 형태의 절연체도 실제로 존재하므로, 절연체가 반드시 고체인 것은 아니다. 옳다(정답).
  4. 저항률(resistivity)의 단위는 저항에 길이를 곱한 형태인 Ω·m(옴미터)인데, 보기는 이를 Ω/m로 잘못 적었다. 곱셈과 나눗셈이 뒤바뀐 틀린 단위이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 구리 도선을 뜨겁게 달구자 전류가 잘 흐르지 못해 저항이 커지는데, 반대로 절연체나 반도체는 온도를 올리면 저항이 오히려 줄어든다는 것을 甲은 확인한다.
  2. 甲이 같은 재질의 도선을 길게 늘이면 저항이 커지고 굵게 만들면 저항이 작아지는 것을 보고, 甲은 저항이 길이에 비례하고 단면적에 반비례함을 정리한다.
  3. 변압기 내부를 채운 절연유는 전기를 통하지 않으면서 열을 식히는 액체 절연체의 대표 예다.
  4. 甲이 재질마다 고유한 저항률을 표에서 찾아 단위를 확인하면 옴미터(Ω·m)로 적혀 있는데, 甲은 'Ω/m'로 쓴 것은 단위를 잘못 붙인 것임을 짚어 낸다.

  전기를 통하지 않으면서 열을 식히는 이 물질은 고체뿐 아니라 액체 형태로도 있으므로, 정답은 3번이다.

• 18

  부하저항 3개가 그림과 같이 연결되어 있다. 정상 운전 중일 때 측정점 a와 b 사이의 전압 Vab는 12 V로 측정된다. 이때 부하저항 R3가 고장으로 단선이 발생하였다면, Vab(V)는 얼마인가?

  1. 1. 0
  2. 2. 10
  3. 3. 15
  4. 4. 30

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 정상 상태에서 R₂(3 Ω)와 R₃(6 Ω)는 a-b에 병렬로 연결되어 있고, 그 합성저항은 (3×6)/(3+6) = 2 Ω이다. ② 전류 I = E ÷ (R₁ + 2) = E ÷ 5이고, Vab = I × 2 = 12 V이므로 I = 6 A, 따라서 E = 30 V이다. ③ R₃가 단선되면 a-b에는 R₂(3 Ω)만 남아, 전류 I' = E ÷ (R₁ + R₂) = 30 ÷ (3 + 3) = 5 A이다. ④ Vab' = I' × R₂ = 5 × 3 = 15 V이다. ⑤ 따라서 15 V이므로 3이 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 측정값으로 전원전압을 거꾸로 찾는다
  2. 회로도에는 저항 값만 있고 전원전압이 없다. 대신 정상 상태의 a와 b 사이 전압을 알려 줬으므로, 그 값으로 전류와 전원전압을 되짚은 뒤 단선 후 회로를 다시 풀면 된다. 단선은 그 가지의 저항이 무한대가 된 것과 같아서, 끊긴 쪽으로는 전류가 한 방울도 흐르지 못한다.
  3. ↓
  4. ② 정상 상태의 병렬 합성저항을 구한다
  5. a와 b 사이에는 R₂와 R₃가 나란히 걸려 있다. 병렬로 이으면 전류가 갈라져 흐를 길이 늘어나므로 합성저항은 둘 중 작은 값보다도 작아진다. 두 저항의 곱을 합으로 나누면 된다.
  6. → 병렬 합성저항 = 3 × 6 ÷ 9 = 2Ω
  7. ↓
  8. ③ 회로에 흐르는 전류를 구한다
  9. a와 b 사이 전압을 그 구간의 저항으로 나누면 전류가 나온다.
  10. → 전류 = 12 ÷ 2 = 6A
  11. ↓
  12. ④ 전원전압을 구한다
  13. 전류에 전체 저항을 곱하면 전원이 내주는 전압이 나온다. 전체 저항은 앞에 직렬로 놓인 R₁과 방금 구한 병렬 합성저항의 합이다.
  14. → 전체 저항 = 3 + 2 = 5Ω
  15. → 전원전압 = 6 × 5 = 30V
  16. ↓
  17. ⑤ 단선 후 회로를 다시 그린다
  18. R₃가 끊기면 그 가지로는 전류가 흐르지 못한다. a와 b 사이에는 R₂만 남으므로 그 구간 저항이 2Ω에서 3Ω으로 커진다.
  19. → 단선 후 전체 저항 = 3 + 3 = 6Ω
  20. ↓
  21. ⑥ 새 전류를 구한다
  22. 전원전압은 그대로이므로 전체 저항이 커진 만큼 전류가 줄어든다.
  23. → 단선 후 전류 = 30 ÷ 6 = 5A
  24. ↓
  25. ⑦ 새 전압을 구한다
  26. 줄어든 전류에 커진 구간 저항을 곱한다. 전류가 준 폭보다 저항이 는 폭이 커서 a와 b 사이 전압은 오히려 올라간다. 병렬 가지 하나가 끊기면 그 자리의 전압이 높아진다는 점이 이 문제의 노림수다.
  27. → 단선 후 Vab = 5 × 3 = 15V

  끊어진 저항 자리를 빼고 남은 회로로 다시 구하면 15볼트이므로, 정답은 3번이다.

• 19

  전원에 300 μF의 콘덴서 3개를 직렬로 연결하였다. 합성 정전용량(μF)은 얼마인가?

  1. 1. 100
  2. 2. 300
  3. 3. 600
  4. 4. 900

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 콘덴서를 직렬로 연결하면 합성 정전용량의 역수는 각 정전용량 역수의 합이다. ② 1/C = 1/300 + 1/300 + 1/300 = 3/300이다. ③ 따라서 C = 300/3 = 100 μF이다. ④ 100 μF이므로 1이 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 직렬은 역수끼리 더한다
  2. 콘덴서를 직렬로 이으면 합성 정전용량의 역수가 각 정전용량 역수의 합과 같다. 저항과는 반대라서, 직렬로 이을수록 용량은 오히려 작아진다.
  3. ↓
  4. ② 왜 작아지는지 짚는다
  5. 직렬로 이으면 하나의 전압이 여럿으로 나뉘어 걸린다. 같은 전하를 저장하는 데 더 큰 전압이 필요해지므로 전체가 담아 두는 능력은 줄어든다. 저항을 직렬로 이으면 커지는 것과 정반대다.
  6. ↓
  7. ③ 역수를 더한다
  8. 세 개가 모두 같은 값이므로 같은 역수를 세 번 더하면 된다.
  9. → 역수의 합 = 1 ÷ 300 × 3 = 0.01
  10. ↓
  11. ④ 다시 뒤집는다
  12. 합한 역수를 되뒤집으면 합성 정전용량이 나온다. 같은 값 세 개를 직렬로 이었으므로 하나의 3분의 1이 된다. 같은 세 개를 병렬로 이으면 반대로 세 배인 900μF이 된다.
  13. → 합성 정전용량 = 300 ÷ 3 = 100μF

  직렬로 이은 세 콘덴서의 역수를 더해 뒤집으면 100마이크로패럿이므로, 정답은 1번이다.

• 20

  감은 수가 500회인 코일에 쇄교하는 자속이 0.5초 동안 0.8 Wb에서 0.6 Wb로 감소했다. 이때 코일에 유도되는 기전력(V)의 크기는?

  1. 1. 50
  2. 2. 100
  3. 3. 150
  4. 4. 200

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 유도기전력의 크기는 e = N × (자속 변화량 ÷ 시간)이다(패러데이 법칙).② 자속 변화량 = 0.8 − 0.6 = 0.2 Wb, 시간 = 0.5초이다.③ e = 500 × (0.2 ÷ 0.5) = 500 × 0.4 = 200 V이다.④ 따라서 200 V이므로 ④가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 패러데이 법칙 한 줄이면 된다
  2. 코일에 유도되는 기전력의 크기는 감은 수에, 자속이 시간당 얼마나 변했는지를 곱한 값이다. 자속이 늘든 줄든 크기만 물었으므로 부호는 빼고 절댓값으로 다룬다.
  3. ↓
  4. ② 자속의 변화량을 구한다
  5. 처음 값과 나중 값의 차이를 잰다.
  6. → 자속 변화량 = 0.8 − 0.6 = 0.2Wb
  7. ↓
  8. ③ 시간으로 나눠 변화율을 만든다
  9. 같은 폭의 변화라도 짧은 시간에 일어날수록 기전력이 커진다. 자속이 아무리 크더라도 변하지 않으면 기전력은 생기지 않는다는 점이 이 법칙의 핵심이다.
  10. → 자속 변화율 = 0.2 ÷ 0.5 = 0.4Wb/s
  11. ↓
  12. ④ 감은 수를 곱한다
  13. 코일을 여러 번 감으면 같은 자속 변화가 감은 수만큼 겹쳐 걸린다.
  14. → 유도기전력 = 500 × 0.4 = 200V
  15. ↓
  16. ⑤ 방향을 덧붙여 둔다
  17. 자속이 줄고 있으므로 그 줄어듦을 막으려는 쪽으로 기전력이 유도된다. 렌츠의 법칙이며, 크기만 묻는 이 문제에서는 답을 바꾸지 않는다.

  감은 수에 자속 변화량을 걸린 시간으로 나눈 값을 곱하면 200볼트이므로, 정답은 4번이다.

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• 21

  3상 유도전동기의 권선을 그림과 같이 결선하였다. 결선방식으로 옳은 것은?

  1. 1. 단상 결선
  2. 2. Y 결선
  3. 3. △ 결선
  4. 4. V 결선

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 단상 결선은 상이 하나뿐인 결선으로, 그림처럼 세 권선이 삼각형으로 이어진 3상 결선이 아니다. 옳지 않다.
  2. Y(스타) 결선은 세 권선의 한쪽 끝을 한 점(중성점)에 모으는 방식이다. 그림은 중성점이 없이 삼각형으로 닫혀 있어 Y 결선이 아니다. 옳지 않다.
  3. 그림은 세 권선의 끝과 시작을 차례로 이어 삼각형으로 닫고 각 꼭짓점에서 3선을 뽑은 △(델타) 결선이다. 따라서 옳다(정답).
  4. V 결선은 세 권선 중 하나를 빼고 두 권선만으로 3상을 만드는 방식이다. 그림은 세 권선이 모두 삼각형으로 이어져 있어 V 결선이 아니다. 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 문제의 결선도를 단상 방식과 맞대어 보니, 단상은 코일 하나에서 선 두 가닥만 나오는 데 반해 그림에는 권선 셋이 서로 꼭짓점을 맞대 삼각형을 이루고 있어 애초에 단상일 수가 없다.
  2. 甲이 Y 결선을 그려 보면 세 권선의 한쪽 끝이 가운데 한 점에 모여 별 모양이 되는데, 그림에는 그런 중성점이 없이 삼각형으로 닫혀 있어 Y와는 구조가 다르다.
  3. 세 권선이 한 점에 모이지 않고 서로 꼬리를 물어 삼각형으로 닫혀 있으며, 각 꼭짓점에서 전선이 나오는 모양이 △(델타) 결선의 특징이다.
  4. 甲이 그림 속 결선이 V 방식인지 따져 보니, V라면 코일 하나를 들어내고 남은 두 코일로 삼상을 짜야 하는데 여기서는 세 권선이 하나도 빠짐없이 삼각형을 이루고 있어 조건이 어긋난다.

  세 권선의 끝과 시작을 차례로 이어 삼각형으로 닫은 이 결선 방식을 가리키므로, 정답은 3번이다.

• 22

  회로에 v(t) = √2·100·sin500t V의 교류전압이 인가될 때, 회로에 흐르는 전류의 실효값(A)은 얼마인가?

  1. 1. 0.4
  2. 2. 0.9
  3. 3. 1.4
  4. 4. 2.0

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 각주파수 ω = 500이고, 유도리액턴스 X_L = ωL = 500 × 0.1 = 50 Ω이다. ② 용량리액턴스 X_C = 1/(ωC) = 1/(500 × 100×10⁻⁶) = 20 Ω이다. ③ 합성 임피던스 Z = √(R² + (X_L − X_C)²) = √(40² + (50−20)²) = √(1600+900) = 50 Ω이다. ④ 전압 실효값은 100 V이므로 전류 실효값 I = V/Z = 100/50 = 2.0 A이다. ⑤ 따라서 2.0 A이므로 4가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 실효값과 임피던스 두 가지만 만들면 된다
  2. 교류에서 전류의 실효값은 전압의 실효값을 임피던스로 나눈 값이다. 그러니 인가전압에서 실효값을 뽑고, 저항과 두 리액턴스로 임피던스를 만들면 끝난다. 직류의 옴의 법칙과 꼴이 같되 저항 자리에 임피던스가 들어간다고 보면 된다.
  3. ↓
  4. ② 전압의 실효값을 뽑는다
  5. 사인파의 진폭을 루트2로 나눈 것이 실효값이다. 실효값은 같은 열을 내는 직류로 바꿔 놓은 값이라고 보면 된다. 이 문제는 진폭이 루트2 곱하기 100으로 적혀 있어 나누면 곧바로 100이 남는다.
  6. → 전압 실효값 = 100V
  7. ↓
  8. ③ 각주파수를 읽는다
  9. 사인 안의 t에 곱해진 수가 각주파수다.
  10. → 각주파수 = 500rad/s
  11. ↓
  12. ④ 유도리액턴스를 구한다
  13. 각주파수에 코일의 인덕턴스를 곱한다.
  14. → 유도리액턴스 = 500 × 0.1 = 50Ω
  15. ↓
  16. ⑤ 용량리액턴스를 구한다
  17. 각주파수와 정전용량을 곱한 값의 역수다. 정전용량이 마이크로 단위이므로 백만으로 나눠 넣는다.
  18. → 곱한 값 = 500 × 0.0001 = 0.05
  19. → 용량리액턴스 = 1 ÷ 0.05 = 20Ω
  20. ↓
  21. ⑥ 임피던스를 구한다
  22. 두 리액턴스는 서로 반대 방향이라 상쇄되고 차이만 남는다. 그 차이와 저항은 방향이 직각이라 그냥 더할 수 없으므로, 두 값을 직각 두 변으로 보고 빗변의 길이를 구한다.
  23. → 리액턴스 차이 = 50 − 20 = 30Ω
  24. → 제곱의 합 = 40 × 40 + 30 × 30 = 2,500
  25. → 임피던스 = 50Ω
  26. ↓
  27. ⑦ 나눈다
  28. 전압 실효값을 임피던스로 나누면 전류의 실효값이 나온다. 저항만 있었다면 임피던스가 40옴이라 2.5A가 흘렀겠지만, 리액턴스가 남아 임피던스가 50옴으로 커진 만큼 전류가 줄어든 것이다.
  29. → 전류 실효값 = 100 ÷ 50 = 2.0A

  유도리액턴스와 용량리액턴스로 구한 임피던스로 전압을 나누면 2.0암페어이므로, 정답은 4번이다.

• 23

  교류회로의 전압이 v(t) = √2·220·sin(377t + π/3) V이고, 전류가 i(t) = √2·4·sin(377t + π/6) A이다. 소비전력(W)은 얼마인가?

  1. 1. 440
  2. 2. 440√3
  3. 3. 880
  4. 4. 880√3

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 전압 실효값은 220 V, 전류 실효값은 4 A이다(√2 앞의 값이 실효값). ② 전압과 전류의 위상차는 π/3 − π/6 = π/6 = 30°이다. ③ 소비전력(유효전력) P = V × I × cosθ = 220 × 4 × cos30° = 880 × (√3/2) = 440√3 W이다. ④ 따라서 440√3 W이므로 2가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 소비전력은 역률까지 곱한다
  2. 교류에서 실제로 소비되는 전력은 전압과 전류의 실효값을 곱한 겉보기전력에, 위상차의 코사인인 역률을 다시 곱한 값이다. 위상이 어긋난 만큼의 전력은 열이나 일로 바뀌지 않고 전원과 부하 사이를 오가기만 하는데, 이것이 무효전력이다.
  3. ↓
  4. ② 두 실효값을 뽑는다
  5. 사인파의 진폭을 루트2로 나눈다. 식 앞에 루트2가 붙어 있어 나누면 곧바로 남는 값이 실효값이다. 계기가 가리키는 값도 진폭이 아니라 이 실효값이다.
  6. → 전압 실효값 = 220V
  7. → 전류 실효값 = 4A
  8. ↓
  9. ③ 위상차를 구한다
  10. 전압의 위상에서 전류의 위상을 뺀다. 전류가 뒤처져 있으므로 유도성 부하다.
  11. → 위상차 = 3분의 파이에서 6분의 파이를 뺀 6분의 파이
  12. ↓
  13. ④ 역률을 구한다
  14. 위상차를 각도로 옮기면 30도이고, 그 코사인이 역률이다.
  15. → 역률 = 2분의 루트3
  16. ↓
  17. ⑤ 셋을 곱한다
  18. 겉보기전력을 먼저 만들고 거기에 역률을 곱한다. 소수로 옮기면 약 762W이지만 보기가 근호 꼴로 되어 있어 그대로 둔다. 나머지 118VA 남짓은 무효전력으로 오갈 뿐 소비되지 않는다.
  19. → 겉보기전력 = 220 × 4 = 880VA
  20. → 소비전력 = 440√3 W

  두 실효값과 위상차의 코사인을 곱하면 440루트3와트이므로, 정답은 2번이다.

• 24

  2전력계법으로 3상 유도전동기의 전력을 측정하였다. 각 전력계가 800 W와 600 W를 지시할 때, 부하에 공급되는 유효전력(W)은 얼마인가?

  1. 1. 345
  2. 2. 1,400
  3. 3. 1,745
  4. 4. 2,425

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 2전력계법에서 3상 유효전력은 두 전력계 지시값의 합이다. ② P = W₁ + W₂ = 800 + 600 = 1,400 W이다. ③ 따라서 1,400 W이므로 2가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 두 지시값을 그냥 더한다
  2. 2전력계법은 3상 3선식 회로의 전력을 단상 전력계 두 대로 재는 방법이다. 부하가 평형이든 아니든 총 유효전력은 두 지시값의 합과 같다. 루트3을 곱하거나 나눌 일이 없다.
  3. ↓
  4. ② 왜 합이 되는지 짚는다
  5. 세 상 가운데 한 상을 공통으로 잡아 두 전력계가 나머지 두 상의 전력을 나눠 재기 때문이다. 그래서 두 값을 더하면 세 상 전체의 유효전력이 된다.
  6. ↓
  7. ③ 더한다
  8. 두 전력계가 가리키는 값을 그대로 합한다.
  9. → 유효전력 = 800 + 600 = 1,400W
  10. ↓
  11. ④ 차이는 무엇인지 덧붙인다
  12. 두 지시값의 차에 루트3을 곱하면 무효전력이 된다. 이 문제는 유효전력만 물었으므로 여기에는 쓰이지 않는다.

  두 전력계가 가리키는 값을 그대로 더하면 1,400와트이므로, 정답은 2번이다.

• 25

  입력 A, B에 대해 출력 X를 갖는 제어회로의 타임차트이다. 논리식으로 옳은 것은?

  1. 1. X = Ā + B̄
  2. 2. X = Ā·B̄
  3. 3. X = ĀB + AB̄
  4. 4. X = AB + ĀB̄

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. X = Ā + B̄는 A와 B가 모두 1일 때만 0이 되는 NAND로, 타임차트처럼 '하나만 1일 때 X=1'인 패턴과 맞지 않는다. 옳지 않다.
  2. X = Ā·B̄은 A와 B가 모두 0일 때만 1이 되는 NOR로(드모르간 법칙상 (A+B)의 부정), 타임차트의 패턴과 맞지 않으므로 옳지 않다.
  3. 타임차트에서 X는 A와 B 중 하나만 1일 때(서로 다를 때) 1이 되고, 둘 다 같으면 0이 된다. 이는 배타적 논리합(XOR) X = ĀB + AB̄이므로 옳다(정답).
  4. X = AB + ĀB̄는 A와 B가 서로 '같을 때' 1이 되는 XNOR로, 타임차트(서로 다를 때 1)와 정반대라 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 X = Ā + B̄ 회로에 신호를 넣어 보면 A와 B가 둘 다 1일 때만 출력이 0이 되는 NAND라서, 하나만 1일 때 켜지는 타임차트와는 동작이 어긋난다.
  2. 甲이 X = Ā·B̄ 게이트에 값을 넣어 보면 A와 B가 나란히 0으로 떨어진 순간에만 1이 솟는 NOR 특성이 드러나는데, 정작 타임차트는 둘 중 하나만 1이어도 출력이 살아나 두 파형이 서로 맞물리지 않는다.
  3. 타임차트를 보면 A와 B가 서로 다른 구간에서만 X가 높아지고, 둘 다 높거나 둘 다 낮은 구간에서는 X가 낮다. 이 '다를 때만 1' 규칙이 바로 XOR이다.
  4. 甲이 X = AB + ĀB̄ 논리식을 진리표로 펼쳐 보면 A와 B의 값이 일치하는 행에서만 결과가 1로 나오는데, 서로 다를 때 신호가 높아지는 문제의 타임차트를 대어 보면 아귀가 전혀 맞지 않는다.

  두 입력이 서로 다를 때만 켜지는 이 파형은 서로 다를 때 1이 되는 논리식에 들어맞으므로, 정답은 3번이다.

• 26

  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.

  1. 1. ㄱ
  2. 2. ㄱ, ㄴ
  3. 3. ㄴ, ㄷ
  4. 4. ㄱ, ㄴ, ㄷ

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 아보가드로 법칙은 같은 온도·압력에서 같은 부피 속에 든 기체 분자의 수가 종류와 관계없이 동일하다는 법칙으로, ㄱ의 서술은 이 정의와 정확히 맞는다. 옳다.
  2. 보일 법칙은 일정한 온도에서 기체의 부피가 압력에 반비례한다는 법칙으로, ㄴ의 서술은 이 관계를 정확히 담고 있다. 따라서 ㄴ 역시 옳은 설명이다. 옳다.
  3. 샤를 법칙은 일정한 압력에서 기체의 부피가 절대온도에 비례한다는 법칙으로, ㄷ의 서술은 이 관계와 일치한다. 따라서 ㄷ은 옳은 설명이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 같은 1 L 통에 담긴 산소와 질소는, 온도·압력이 같으면 분자 수도 똑같다(아보가드로).
  2. 주사기 끝을 막고 밀대를 누르면 공기 부피가 줄어드는 것이 보일 법칙이다.
  3. 찌그러진 탁구공을 뜨거운 물에 담그면 속 공기가 팽창해 펴지는 것이 샤를 법칙이다.

  부피와 온도, 압력이 얽힌 세 법칙 서술이 모두 각 법칙의 정의와 그대로 맞아떨어지므로, 정답은 4번이다.

• 27

  엔트로피(entropy)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 가역반응이면 증가하고 비가역반응이면 불변이다.
  2. 2. 물질계가 흡수하는 열량과 절대온도의 비로 정의한다.
  3. 3. 무질서 또는 에너지의 분산 정도를 나타내는 상태함수이다.
  4. 4. 자연계의 상태변화는 엔트로피가 증가되는 방향으로 일어난다.

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 가역과정에서는 전체 엔트로피가 일정(불변)하고, 비가역과정에서는 엔트로피가 증가한다. 보기는 이를 반대로 적었으므로 옳지 않다(정답).
  2. 엔트로피 변화는 물질계가 흡수한 열량을 그때의 절대온도로 나눈 값(ΔS = Q/T)으로 정의되므로, 보기의 서술은 이 정의와 일치한다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 바른 이 보기는 정답이 아니다. 옳다.
  3. 엔트로피는 계의 무질서 또는 에너지가 흩어진 정도를 나타내는 상태함수로 알려져 있어, 보기의 설명은 그 성질과 부합한다. 옳지 않은 것을 고르는 문제에서 옳은 이 보기는 답이 아니다. 옳다.
  4. 열역학 제2법칙에 따라 자연계의 자발적 상태변화는 전체 엔트로피가 증가하는 방향으로 일어나므로, 보기의 서술은 옳다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 바른 이 보기는 정답이 아니다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 실험실에서 되돌릴 수 있는 가역과정을 진행할 때는 계 전체의 엔트로피가 그대로 머물고, 되돌릴 수 없는 비가역과정을 진행할 때는 엔트로피가 점점 늘어나는 것을 확인한다.
  2. 甲이 어떤 물질계가 흡수한 열량을 그때의 절대온도로 나누어 값을 구하는데, 甲은 이렇게 얻은 열량과 절대온도의 비를 엔트로피라고 정의한다.
  3. 甲이 방 안 공기가 한쪽에 몰려 있다가 골고루 흩어지는 모습을 보면 무질서와 에너지 분산이 커지는데, 甲은 그 정도를 나타내는 상태함수를 엔트로피로 이해한다.
  4. 甲이 뜨거운 물과 찬물을 섞으면 저절로 미지근해질 뿐 다시 갈라지지 않는 것을 보고, 甲은 자연의 변화가 엔트로피가 커지는 방향으로만 진행함을 깨닫는다.

  가역과정에서는 이 값이 그대로 머물고 비가역과정에서 오히려 늘어나는데 이를 반대로 적었으므로, 정답은 1번이다.

• 28

  뉴턴 유체가 평평한 바닥 위 y만큼 이격된 지점에서 유속 u(y) = 5y − y² (m/s)로 흐른다. 바닥 전단응력이 0.01 Pa 일 때 점성계수(10⁻³ Pa·s)는?

  1. 1. 1
  2. 2. 2
  3. 3. 3
  4. 4. 4

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 뉴턴 유체의 전단응력은 τ = μ × (du/dy)이다. ② u(y) = 5y − y²를 미분하면 du/dy = 5 − 2y이고, 바닥(y = 0)에서 du/dy = 5이다. ③ τ = μ × 5 = 0.01 Pa이므로 μ = 0.01 ÷ 5 = 0.002 Pa·s이다. ④ 0.002 Pa·s = 2 × 10⁻³ Pa·s이므로 2가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 점성계수는 두 값의 비다
  2. 뉴턴 유체에서 전단응력은 속도가 높이에 따라 얼마나 가파르게 변하는지에 비례하고, 그 비례상수가 점성계수다. 그러니 전단응력을 속도기울기로 나누면 점성계수가 나온다. 문제가 전단응력을 주었으므로 속도기울기만 만들면 된다.
  3. ↓
  4. ② 속도식을 미분해 기울기를 만든다
  5. 높이 y에 따른 속도식을 y로 미분하면 그 자리의 속도기울기가 된다.
  6. → 속도기울기 = 5 − 2y
  7. ↓
  8. ③ 바닥 값을 넣는다
  9. 묻는 곳이 바닥이므로 y에 0을 넣는다. 바닥은 벽에 붙어 속도 자체는 0이면서 기울기는 가장 가파른 자리다.
  10. → 바닥 속도기울기 = 5 − 0 = 5
  11. ↓
  12. ④ 전단응력을 기울기로 나눈다
  13. 주어진 바닥 전단응력을 방금 구한 속도기울기로 나누면 점성계수가 나온다.
  14. → 점성계수 = 0.01 ÷ 5 = 0.002 Pa·s
  15. ↓
  16. ⑤ 묻는 단위로 옮긴다
  17. 보기가 10의 마이너스 3제곱 Pa·s 단위로 되어 있으므로 그 꼴로 바꿔 읽는다. 점성계수는 유체가 층끼리 미끄러지는 것을 얼마나 버티는지를 나타내는 값이라, 클수록 끈적한 유체다. 되짚어 0.002에 5를 곱하면 0.01이 되어 주어진 전단응력과 맞아떨어진다.
  18. → 점성계수 = 2 × 10⁻³ Pa·s

  바닥에서 속도기울기 5에 점성계수를 곱한 값이 전단응력과 같도록 풀면 2×10⁻³이므로, 정답은 2번이다.

• 29

  흐름이 없는 유체에 작용하는 압력의 등방성에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 1. 유체의 압력은 유체와 접촉하는 경사면에 수평으로만 작용한다.
  2. 2. 자유수면을 갖는 경우 수면 아래 압력은 밀도에 반비례한다.
  3. 3. 동일한 높이의 개방된 용기에 수은을 가득 채우면 용기형상에 따라 바닥에서 압력이 달라진다.
  4. 4. 자유수면을 갖는 경우 수면 아래 유체의 한 점에 작용하는 압력은 수심이 깊어짐에 따라 증가한다.

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 정지해 있는 유체의 압력은 접촉하는 면에 대해 언제나 수직 방향으로 작용하는데, 보기는 경사면에 수평으로만 작용한다고 서술했다. 압력의 작용 방향을 잘못 나타냈으므로 옳지 않다.
  2. 자유수면 아래의 압력은 P = ρgh로 밀도 ρ가 클수록 커져 밀도에 비례하는데, 보기는 이를 반비례한다고 반대로 서술했다. 밀도와의 관계를 뒤바꿨으므로 옳지 않다.
  3. 정지 유체의 바닥 압력은 수심(높이)에만 좌우되고 용기 형상과 무관하다. '용기형상에 따라 달라진다'는 옳지 않다.
  4. 자유수면 아래 한 점의 압력은 P = ρgh에서 수심 h가 커질수록 함께 커지므로, 수심이 깊어질수록 압력이 증가한다는 보기의 서술은 정확하다. 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲이 물을 채운 통의 경사진 벽면을 손바닥으로 짚어 보면, 물의 압력이 벽면을 비스듬한 방향이 아니라 언제나 면에 수직으로 밀어내고 있음을 손끝으로 느낀다.
  2. 甲이 같은 깊이에서 물보다 무거운 수은에 손을 넣어 보면 밀도가 큰 만큼 누르는 압력도 더 세지는데, 甲은 압력이 밀도에 비례해 커진다고 정리한다.
  3. 甲이 모양이 제각각인 여러 용기에 같은 높이로 수은을 채워 바닥 압력을 재 보면, 용기 생김새와 상관없이 수심이 같으면 바닥 압력도 똑같이 나온다는 것을 확인한다.
  4. 정지 유체의 압력은 깊이에 비례해 커지므로(P = ρgh), 수심이 깊을수록 압력이 높아진다. 수영장 바닥이 물 표면보다 압력이 큰 것과 같다.

  자유수면 아래 한 점에 걸리는 압력은 수심이 깊어질수록 커지므로, 정답은 4번이다.

• 30

  원형관로에 설치한 피토관에 수은이 든 U자형 관을 연결하여 전압과 정압을 측정하였다. 액면차가 500 mm가 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.)

  1. 1. 1.112
  2. 2. 3.132
  3. 3. 11.118
  4. 4. 31.321

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 피토관 유속 공식은 V = √(2 × g × h × ((ρ수은/ρ물) − 1))이다(g=중력가속도 9.81 m/s²). ② 액면차 h = 500 mm = 0.5 m이고, 수은은 물보다 약 13.6배 무거우므로 밀도비 ρ수은/ρ물 = 13,600 ÷ 1,000 = 13.6이다. ③ V = √(2 × 9.81 × 0.5 × (13.6 − 1)) = √(9.81 × 12.6) = √123.6이다. ④ V ≈ 11.118 m/s이므로 3이 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 액면차를 물기둥으로 바꿔야 한다
  2. 피토관은 흐름을 정면으로 받는 전압과 옆에서 재는 정압의 차이로 유속을 잰다. 그 차이를 동압이라 하며, 흐름이 빠를수록 커진다. 이 문제는 동압을 수은 마노미터의 액면차로 읽었으므로, 수은이 물보다 무거운 만큼을 되돌려 물기둥 높이로 바꿔야 한다.
  3. ↓
  4. ② 왜 1을 빼는지 짚는다
  5. U자관의 한쪽에서 수은이 올라가면 반대쪽에서는 그만큼의 물이 밀려난다. 그래서 실제로 걸리는 압력차는 수은 무게 전부가 아니라 수은에서 물을 뺀 몫이다. 밀도비에서 1을 빼는 까닭이 여기에 있다. 이 1을 빼지 않으면 답이 8퍼센트가량 커진다.
  6. ↓
  7. ③ 값과 단위를 정리한다
  8. 액면차만 밀리미터로 주어져 있으므로 미터로 바꾼다. 물의 단위중량 9.81kN/㎥은 밀도 1,000kg/㎥에 중력가속도를 곱한 값이라 서로 어긋나지 않는다.
  9. → 액면차 = 500mm, 곧 0.5m
  10. ↓
  11. ④ 밀도비 항을 구한다
  12. 수은 밀도를 물 밀도로 나눈 뒤 1을 뺀다.
  13. → 밀도비 = 13,600 ÷ 1,000 = 13.6
  14. → 1을 뺀 값 = 13.6 − 1 = 12.6
  15. ↓
  16. ⑤ 근호 안의 값을 구한다
  17. 중력가속도의 두 배에 액면차와 방금 구한 값을 차례로 곱한다.
  18. → 근호 안 = 2 × 9.81 × 0.5 × 12.6 = 123.6
  19. ↓
  20. ⑥ 제곱근을 취한다
  21. 자유낙하로 얻는 속도와 같은 꼴이라 마지막에 제곱근을 씌우면 유속이 나온다. 액면차가 클수록 유속도 커지지만, 제곱근이 씌워져 있어 액면차가 네 배가 되어야 유속이 두 배가 된다.
  22. → 유속 = 약 11.118m/s

  액면차와 밀도비를 넣은 이 공식을 풀면 약 11.118미터매초이므로, 정답은 3번이다.

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• 31

  직경 10 cm의 원형관로에 유체가 유량 0.5 L/s 로 흐를 때, 에너지선의 경사(10⁻⁴ m/m)는 약 얼마인가? (단, 동점성 계수는 1.0 × 10⁻⁵ m²/s, 중력가속도는 9.81 m/s² 이다.)

  1. 1. 2.08
  2. 2. 3.26
  3. 3. 20.8
  4. 4. 32.6

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 유속 V = 유량 ÷ 단면적 = 0.0005 ÷ (π × 0.05²) ≈ 0.0637 m/s이다. ② 레이놀즈수 Re = V × D ÷ 동점성계수 = 0.0637 × 0.1 ÷ 1.0×10⁻⁵ ≈ 637로 층류이다. ③ 층류이므로 마찰손실계수 f = 64 ÷ Re = 64 ÷ 637 ≈ 0.1005이다. ④ 에너지선 경사 S = (f/D) × (V²/2g) = (0.1005/0.1) × (0.0637²/19.62) ≈ 0.000208 m/m ≈ 2.08 × 10⁻⁴이다. 따라서 1이 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 층류인지 먼저 가른다
  2. 에너지선의 경사는 관 1미터를 지날 때마다 마찰로 잃는 수두다. 마찰손실계수를 알아야 구할 수 있는데, 그 값을 구하는 법이 층류냐 난류냐에 따라 다르다. 그래서 유속과 레이놀즈수를 먼저 만들어야 한다.
  3. ↓
  4. ② 단위를 맞춘다
  5. 유량이 초당 리터로 주어져 있으니 세제곱미터로 바꾼다.
  6. → 유량 = 0.5 L/s, 곧 0.0005㎥/s
  7. ↓
  8. ③ 단면적을 구한다
  9. 직경이 센티미터로 주어져 있으니 미터로 바꾼 뒤 원의 넓이를 구한다.
  10. → 직경 = 10cm, 곧 0.1m
  11. → 단면적 = 3.1416 × 0.1 × 0.1 ÷ 4 = 0.007854㎡
  12. ↓
  13. ④ 유속을 구한다
  14. 유량을 단면적으로 나누면 관 안에서 물이 흐르는 속도가 나온다.
  15. → 유속 = 0.0005 ÷ 0.007854 = 0.06366m/s
  16. ↓
  17. ⑤ 레이놀즈수로 흐름을 판정한다
  18. 유속에 직경을 곱하고 동점성계수로 나눈다. 2,100보다 작으면 층류로 본다.
  19. → 레이놀즈수 = 0.06366 × 0.1 ÷ 0.00001 = 637
  20. ↓
  21. ⑥ 층류 공식으로 마찰손실계수를 구한다
  22. 층류이므로 64를 레이놀즈수로 나누면 된다. 난류였다면 무디 선도를 읽거나 콜브룩 식을 반복해서 풀어야 해서 훨씬 번거로워진다. 층류에서는 관 안쪽이 거칠든 매끈하든 마찰손실계수가 달라지지 않는다는 점도 함께 알아 둔다.
  23. → 마찰손실계수 = 64 ÷ 637 = 0.1005
  24. ↓
  25. ⑦ 경사를 계산한다
  26. 마찰손실계수를 직경으로 나눈 값에 속도수두를 곱한다. 유속이 워낙 느려 경사가 아주 작게 나온다.
  27. → 속도수두 = 0.06366 × 0.06366 ÷ 19.62 = 0.0002066m
  28. → 계수를 직경으로 나눈 값 = 0.1005 ÷ 0.1 = 1.005
  29. → 에너지선 경사 = 약 2.08 × 10⁻⁴ m/m

  유속과 레이놀즈수로 구한 마찰손실계수를 넣어 경사를 구하면 약 2.08이므로, 정답은 1번이다.

• 32

  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 1 ㄷ. 정상류: ∂U/∂t = 0 ㄹ. 부등류: ∂U/∂x ≠ 0

  1. 1. ㄱ, ㄴ
  2. 2. ㄴ, ㄷ
  3. 3. ㄷ, ㄹ
  4. 4. ㄴ, ㄷ, ㄹ

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 난류는 레이놀즈수가 충분히 큰 흐름을 가리키며, ㄱ이 제시한 Re가 작은 조건은 오히려 층류에 가깝다. 난류의 조건을 잘못 잡았으므로 옳지 않다.
  2. 상류(常流)는 프루드수가 1보다 작은 흐름(Fr 1로 제시하여 이는 오히려 사류에 해당한다. 상류와 사류의 기준을 뒤바꿨으므로 옳지 않다.
  3. 정상류는 한 점에서의 유속이 시간이 지나도 변하지 않는 흐름이므로 ∂U/∂t = 0으로 표현되며, ㄷ의 서술은 이 정의와 정확히 일치한다. 옳다.
  4. 부등류는 흐름 방향의 위치 x에 따라 유속이 달라지는 흐름이므로 ∂U/∂x ≠ 0으로 나타내며, ㄹ의 서술은 이 정의와 부합한다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 관에 흐르는 물의 레이놀즈수를 200보다 작게 유지하면 물줄기가 나란히 미끄러지는 층류에 가까운데, 난류라면 그보다 훨씬 큰 레이놀즈수가 나와야 한다.
  2. 甲이 잔잔한 하천에서 프루드수를 재면 1보다 작은 값이 나와 상류로 판정되는데, 프루드수가 1을 넘는다면 그것은 상류가 아니라 물살이 빠른 사류에 해당한다.
  3. 한 지점의 유속이 시간이 지나도 그대로면(∂U/∂t = 0) 정상류다.
  4. 강이 좁아지는 여울목에서 물살이 갑자기 빨라지듯, 위치마다 유속이 달라지면(∂U/∂x≠0) 부등류다.

  레이놀즈수가 작은 흐름은 난류가 아니라 오히려 층류에 가깝고 프루드수가 1보다 큰 흐름은 상류가 아니라 사류이므로, 정답은 3번이다.

• 33

  펌프의 비속도는? (단, N은 회전수, Q는 유량, H는 양정, ω는 임펠러의 각속도이다.)

  1. 1. ω × √Q ÷ H^(3/4)
  2. 2. ω × √Q ÷ H^(3/2)
  3. 3. N × √Q ÷ H^(3/4)
  4. 4. N × √Q ÷ H^(3/2)

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 비속도는 회전 관련 값으로 각속도 ω가 아니라 분당 회전수 N을 넣어 정의하므로, ω를 대입한 이 식은 회전수를 잘못 쓴 것이다. 옳지 않다.
  2. 이 보기는 각속도 ω를 쓴 데다 양정의 지수도 3/4이 아닌 3/2로 되어 있어 정의와 이중으로 어긋난다. 옳지 않다.
  3. 펌프의 비속도는 N × √Q ÷ H^(3/4)이다. 회전수·유량의 제곱근·양정의 3/4제곱으로 이뤄지므로 옳다(정답).
  4. 회전수 N을 쓴 것은 맞지만 비속도 공식은 양정을 3/4제곱으로 나눠야 하는데 이 식은 3/2제곱으로 되어 있어 정의와 다르다. 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 펌프의 비속도를 계산하려고 식을 세울 때 회전 관련 값으로 회전수 N을 넣는데, 각속도 ω를 대신 넣은 식은 비속도의 정의와 맞지 않는다.
  2. 甲이 이 보기의 식을 정의와 맞대어 보면 회전수 대신 각속도 ω를 쓴 데다 양정의 지수마저 3/4이 아닌 3/2여서, 두 군데나 어긋나 있음을 발견한다.
  3. 펌프의 비속도는 회전수(N)에 유량의 제곱근(√Q)을 곱하고 양정의 3/4제곱으로 나눈 값으로, 펌프의 형식을 비교하는 기준이 된다.
  4. 甲이 이 보기를 살피면 회전수 N을 쓴 부분은 정의와 같지만 양정의 지수가 3/4이 아니라 3/2로 적혀 있어, 비속도 공식과는 딱 그 지수에서 어긋난다.

  이 값은 각속도가 아니라 분당 회전수를 쓰고 양정은 3/4제곱으로 나누어 구하므로, 정답은 3번이다.

• 34

  서징(surging)의 방지대책으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 유량조절 밸브를 흡입측에 최대한 가까이 설치ㆍ조절한다.
  2. 2. 펌프의 H-Q 곡선이 우하향 구배특성을 갖는 펌프를 사용한다.
  3. 3. 배관 내 수조 또는 기체 상태인 부분이 존재하지 않도록 한다.
  4. 4. 바이패스관을 사용하여 운전점이 펌프의 H-Q 곡선에서 우하향 구배특성 범위 내에 있도록 한다.

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 유량조절 밸브는 흡입측이 아니라 토출측에 설치·조절해야 서징을 막을 수 있다. 흡입측에 두면 공동현상 등을 유발하므로 옳지 않다(정답).
  2. 양정-유량 곡선이 오른쪽으로 계속 내려가는 형태이면 유량 변동에 양정이 단조롭게 대응해 운전점이 흔들리지 않으므로 서징이 억제된다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  3. 배관 안에 물이 고이거나 기체가 차 있는 부분은 압력 변동을 키워 서징을 부추기므로, 이를 없애면 서징을 줄일 수 있어 보기는 옳은 대책이다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 정답이 아니다. 옳다.
  4. 바이패스관으로 유량을 조절해 운전점을 펌프 H-Q 곡선의 우하향 구배 구간에 두면 흐름이 안정돼 서징을 막을 수 있으므로, 보기는 옳은 대책이다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 정답이 아니다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 후배가 밸브를 배관 흡입측에 달아 놓은 것을 본 甲은, 그 밸브를 떼어 내 토출측 가까이에 다시 붙여 달고서 흐름이 얌전해지는 것을 지켜본다.
  2. 甲이 H-Q 곡선이 오른쪽으로 꾸준히 내려가는 펌프를 골라 쓰자, 유량이 조금 변해도 양정이 한 방향으로만 따라 움직여 운전점이 흔들리지 않는 것을 확인한다.
  3. 甲이 배관을 점검해 물이 고이는 웅덩이나 공기가 차 있는 구간을 모두 없애자, 흐름을 방해하는 요소가 사라져 서징이 눈에 띄게 줄어드는 것을 경험한다.
  4. 甲이 펌프에 바이패스관을 달아 남는 유량을 되돌려 운전점을 우하향 구배 범위 안에 붙들어 두자, 흐름이 안정되어 서징이 일어나지 않는 것을 확인한다.

  유량 조절 밸브는 빨아들이는 쪽이 아니라 뿜어내는 쪽 가까이에 두어야 이 현상을 막을 수 있으므로, 정답은 1번이다.

• 35

  금속화재(D급)에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. D급 소화약제는 염화나트륨, 흑연, 구리 등을 주성분으로 하는 분말 또는 과립형태의 혼합물이다.
  2. 2. K급 소화약제는 가연성 금속화재에 적응성이 좋다.
  3. 3. 리튬 및 나트륨에 수계소화약제를 사용하면 폭발성이 강한 수소를 발생시킨다.
  4. 4. 염화나트륨 주제에 고분자물질의 혼합물 소화약제인 Met-L-X는 나트륨 및 칼륨 화재에 적응성이 있다.

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 금속화재용 D급 약제는 고온을 견디며 금속 표면을 덮어 질식소화하도록 염화나트륨·흑연·구리 같은 성분을 분말이나 과립 형태로 배합한 것이다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  2. K급 소화약제는 주방 식용유화재(K급)용이지 금속화재(D급)에 적응성이 좋은 것이 아니다. 따라서 옳지 않다(정답).
  3. 리튬·나트륨 같은 금속에 물이 닿으면 격렬히 반응해 폭발성이 큰 수소가 발생하므로, 수계소화약제를 쓰면 안 된다는 취지의 보기는 옳다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 이 보기는 정답이 아니다. 옳다.
  4. Met-L-X는 염화나트륨을 주제로 한 소화약제로 나트륨·칼륨 화재에 적응성이 있다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 D급 소화약제 통을 열어 보면 염화나트륨과 흑연, 구리 같은 성분이 분말이나 과립으로 섞여 있는데, 이것으로 뜨거운 금속 표면을 덮어 공기를 끊어 준다.
  2. 식당 주방에서 튀김유에 불이 붙자 甲이 K급 소화약제로 진화에 나서 불길을 잡는데, 옆의 마그네슘 부스러기 화재에는 같은 약제가 잘 듣지 않는다.
  3. 甲이 불붙은 리튬에 무심코 물을 뿌리자 금속이 물과 격렬히 반응하며 폭발성 수소가 솟구쳐, 오히려 더 위험해지는 상황을 甲은 그대로 목격한다.
  4. 甲이 나트륨과 칼륨이 타는 화재에 염화나트륨을 주성분으로 한 Met-L-X를 뿌리자, 약제가 금속 표면을 덮어 불을 잡는 데 잘 들어맞는 것을 확인한다.

  주방 기름불에 쓰는 이 약제는 금속화재가 아니라 다른 갈래의 불에 잘 듣는 약제이므로, 정답은 2번이다.

• 36

  0 ℃의 얼음 1 g을 100 ℃의 수증기로 만드는 데 필요한 열량(cal)은 약 얼마인가? (단, 물의 융용열은 80 cal/g, 증발잠열은 539 cal/g이다.)

  1. 1. 539
  2. 2. 619
  3. 3. 719
  4. 4. 800

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 필요한 열량은 세 단계를 더한다. ② 0 ℃ 얼음을 0 ℃ 물로 녹이는 융해열 = 1 × 80 = 80 cal이다. ③ 0 ℃ 물을 100 ℃ 물로 데우는 열량 = 1 × 1 × 100 = 100 cal이다(물의 비열 1 cal/g·℃). ④ 100 ℃ 물을 100 ℃ 수증기로 만드는 증발잠열 = 1 × 539 = 539 cal이다. ⑤ 합 = 80 + 100 + 539 = 719 cal이므로 3이 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 세 구간을 따로 세어 더한다
  2. 0도 얼음이 100도 수증기가 되기까지 세 구간을 지난다. 얼음이 물로 녹는 구간, 물이 데워지는 구간, 물이 수증기로 바뀌는 구간이다. 앞뒤 두 구간은 온도가 그대로인 채 상태만 바뀌므로 온도계만 보면 아무 일도 없는 듯 보이지만, 그 사이에도 열은 계속 들어가고 있다.
  3. ↓
  4. ② 어느 공식을 쓸지 가른다
  5. 상태가 바뀌는 구간은 질량에 잠열을 곱한다. 온도가 오르는 구간은 질량에 비열과 온도차를 곱한다. 구간마다 공식이 다르므로 섞어 쓰면 안 된다.
  6. ↓
  7. ③ 얼음을 녹인다
  8. 0도 얼음이 0도 물이 되는 데 드는 열이다. 온도계는 움직이지 않지만 열은 계속 들어간다.
  9. → 융해열 = 1 × 80 = 80 cal
  10. ↓
  11. ④ 물을 데운다
  12. 0도 물을 100도까지 올린다. 물의 비열이 1 cal/g·℃이므로 온도차가 곧 열량이 된다.
  13. → 온도차 = 100 − 0 = 100
  14. → 현열 = 1 × 1 × 100 = 100 cal
  15. ↓
  16. ⑤ 물을 수증기로 바꾼다
  17. 100도 물이 100도 수증기가 되는 데 드는 열이다. 세 구간 가운데 이것이 가장 크며, 물이 소화약제로 뛰어난 까닭도 증발하면서 이만큼의 열을 빼앗아 가기 때문이다.
  18. → 증발잠열 = 1 × 539 = 539 cal
  19. ↓
  20. ⑥ 셋을 더한다
  21. 구간마다 필요한 열은 서로 독립이므로 그대로 합치면 전체 열량이 된다.
  22. → 총 열량 = 80 + 100 + 539 = 719 cal

  얼음을 녹이고 데우고 증발시키는 세 단계 열량을 더하면 719칼로리이므로, 정답은 3번이다.

• 37

  K급 소화약제에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 식용유화재 시 비누화반응으로 산소를 차단하며, 재발화를 방지한다.
  2. 2. A급, B급, C급 화재에도 적응성이 좋다.
  3. 3. 일반적인 ABC분말소화기보다 냉각효과가 뛰어나다.
  4. 4. 소화약제의 주성분은 탄산칼륨(K₂CO₃) 또는 초산칼륨(CH₃COOK) 등이 있다.

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. K급 소화약제는 식용유화재에서 비누화반응으로 거품막을 만들어 산소를 차단하고 재발화를 막는다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  2. K급 소화약제는 주방 식용유화재(K급) 전용이며, A·B·C급 모든 화재에 적응성이 좋은 것은 아니다. 따라서 옳지 않다(정답).
  3. K급 소화약제는 일반 ABC분말소화기보다 냉각효과가 뛰어나 뜨거운 기름 온도를 낮춘다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  4. K급 소화약제의 주성분은 탄산칼륨(K₂CO₃)이나 초산칼륨(CH₃COOK) 등이므로, 성분을 그대로 든 보기의 서술은 정확하다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 이 보기는 정답이 아니다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 불붙은 튀김 기름에 K급 소화약제를 뿌리자 기름과 반응해 두꺼운 비누 거품막이 덮이면서 공기가 차단되고, 기름이 다시 불붙지 않도록 눌러 준다.
  2. 소방점검을 나온 甲이 일반 종이·목재 화재 현장에 K급 소화약제를 뿌려 보니, 주방 기름불에는 강해도 일반 화재에는 별다른 효과를 내지 못하는 것을 확인했다.
  3. 甲이 발화점까지 달아오른 튀김 기름에 K급 약제를 쓰자 일반 ABC분말보다 온도를 훨씬 잘 낮춰, 기름이 식으면서 불이 되살아나지 않는 것을 확인한다.
  4. 甲이 K급 소화약제의 성분표를 읽어 보면 탄산칼륨이나 초산칼륨 같은 칼륨 계열 물질이 주성분으로 적혀 있어, 식용유화재에 맞춰 만들어진 약제임을 알게 된다.

  이 약제는 주방 기름불 전용일 뿐 다른 세 갈래 불에까지 두루 잘 듣는 것은 아니므로, 정답은 2번이다.

• 38

  1기압 0 ℃에서 44.8 m³의 이산화탄소가스가 모두 액화되었을 때 질량(kg)은 약 얼마인가? (단, 이산화탄소의 분자량은 44이다.)

  1. 1. 12
  2. 2. 22
  3. 3. 44
  4. 4. 88

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 표준상태(1기압 0 ℃)에서 기체 1몰의 부피는 22.4 L이다.② 44.8 m³ = 44,800 L이므로 몰수 = 44,800 ÷ 22.4 = 2,000 몰이다.③ 질량 = 몰수 × 분자량 = 2,000 × 44 = 88,000 g = 88 kg이다.④ 따라서 88 kg이므로 ④가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 부피를 몰수로 바꿔 질량까지 간다
  2. 기체의 부피는 알지만 무게는 모른다. 표준상태에서 기체 1몰이 22.4리터를 차지한다는 사실을 지렛대로 삼아 부피를 몰수로 바꾸고, 거기에 분자량을 곱하면 질량이 나온다.
  3. ↓
  4. ② 왜 22.4를 쓰는지 짚는다
  5. 아보가드로 법칙에 따라 0도 1기압에서는 어떤 기체든 1몰이 22.4리터를 차지한다. 기체의 종류를 가리지 않으므로 이산화탄소에도 그대로 쓴다. 문제가 1기압 0도를 밝혀 둔 까닭이 여기에 있다.
  6. ↓
  7. ③ 부피 단위를 맞춘다
  8. 부피가 세제곱미터로 주어져 있으니 리터로 바꾼다.
  9. → 리터로 바꾼 부피 = 44.8 × 1,000 = 44,800 L
  10. ↓
  11. ④ 몰수를 구한다
  12. 부피를 1몰의 부피로 나눈다.
  13. → 몰수 = 44,800 ÷ 22.4 = 2,000몰
  14. ↓
  15. ⑤ 질량으로 바꾼다
  16. 몰수에 분자량을 곱하면 그램 단위의 질량이 나온다.
  17. → 질량 = 2,000 × 44 = 88,000g
  18. ↓
  19. ⑥ 킬로그램으로 옮긴다
  20. 천으로 나눈다. 기체가 액체로 바뀌어도 물질의 양은 그대로이므로 이 값이 곧 액화된 이산화탄소의 무게다.
  21. → 질량 = 88,000 ÷ 1,000 = 88kg

  표준상태 부피를 22.4리터로 나눠 구한 몰수에 분자량을 곱하면 88킬로그램이므로, 정답은 4번이다.

• 39

  FK-5-1-12의 특성에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 플루오르화수소(HF)의 발생량은 화염의 크기, 소화농도, 화재진압시간에 비례한다.
  2. 2. 소화약제는 1분 이내에 95 % 이상 해당하는 약제량이 방출되도록 하여야한다.
  3. 3. 오존층 파괴 등 환경오염에 미치는 영향이 적다.
  4. 4. 플루오르, 탄소, 산소로 구성되어 있으며, 물보다 빨리 기화되어 연쇄반응 차단 및 냉각소화를 한다.

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 플루오르화수소(HF) 발생량은 화염 크기·소화농도·화재진압시간이 클수록 많아진다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  2. 할로겐화합물계 소화약제인 FK-5-1-12는 10초 이내에 95 % 이상이 방출되도록 해야 한다. '1분 이내'는 기준과 달라 옳지 않다(정답).
  3. FK-5-1-12는 오존층을 파괴하는 성분을 포함하지 않는 청정소화약제로 설계되어 환경오염에 미치는 영향이 적으므로, 보기의 설명은 옳다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 이 보기는 정답이 아니다. 옳다.
  4. FK-5-1-12는 플루오르·탄소·산소로 이뤄지며 물보다 빨리 기화해 연쇄반응 차단·냉각소화를 한다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 불이 크게 번진 곳에서 FK-5-1-12로 오래 진화할수록, 약제가 열에 분해되며 나오는 플루오르화수소(HF)의 양이 더 많아지는 것을 甲은 확인한다.
  2. 소방설비를 점검하던 甲은 FK-5-1-12의 분사 시간을 재 보니, 불을 확실히 잡으려면 시작한 지 열 초 안에 95퍼센트 넘게 뿜어져 나오도록 정해져 있음을 알았다.
  3. 甲이 환경 자료를 살펴 FK-5-1-12를 옛 할론 약제와 비교해 보면, 오존층을 거의 파괴하지 않아 환경에 미치는 나쁜 영향이 훨씬 적다는 것을 알게 된다.
  4. 甲이 FK-5-1-12를 화면에 뿌리면 물보다 빠르게 증발하면서 연소의 연쇄반응을 끊고 열을 식혀, 불길이 빠르게 사그라드는 것을 甲은 지켜본다.

  이 약제는 1분이 아니라 훨씬 짧은 시간 안에 대부분이 뿜어져 나오도록 정해져 있으므로, 정답은 2번이다.

• 40

  제1인산암모늄의 열분해 생성물 중 주된 소화효과가 탈수ㆍ탄화작용을 하는 것은?

  1. 1. H₃PO₄
  2. 2. H₄P₂O₇
  3. 3. HPO₃
  4. 4. P₂O₅

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 오르토인산(H₃PO₄)은 제1인산암모늄이 열분해될 때 생겨 가연물의 수분을 빼앗고 탄화시키는(탈수·탄화) 주된 소화작용을 한다. 따라서 옳다(정답).
  2. 피로인산(H₄P₂O₇)은 오르토인산이 더 가열되어 생기는 중간 생성물로, 탈수·탄화의 주된 작용을 하는 것은 아니다. 옳지 않다.
  3. 메타인산(HPO₃)은 더 높은 온도에서 생겨 가연물 표면에 막을 만드는 방진작용을 하며, 탈수·탄화의 주된 작용과는 구별된다. 옳지 않다.
  4. 제1인산암모늄이 열분해될 때 생기는 오산화인(P₂O₅)은 여러 단계를 거친 최종 생성물로, 연소물을 탈수·탄화시키는 주된 작용을 맡는 성분과는 구별된다. 따라서 탈수·탄화작용을 묻는 문제에서 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 제1인산암모늄이 열을 받으면 먼저 오르토인산(H₃PO₄)이 되어 종이·목재의 수분을 빼앗고 검게 탄화시켜, 불이 번지지 않게 막는다.
  2. 甲이 오르토인산을 더 가열하면 피로인산(H₄P₂O₇)으로 바뀌는 것을 보는데, 이는 분해가 이어지는 중간 단계일 뿐 수분을 빼앗아 탄화시키는 주된 몫을 맡지는 않는다.
  3. 甲이 온도를 더 올리면 메타인산(HPO₃)이 생겨 가연물 표면에 끈적한 막을 씌워 산소를 막는데, 이 방진작용은 탈수·탄화를 맡는 오르토인산의 역할과는 구별된다.
  4. 甲이 제1인산암모늄을 한계까지 태워 반응을 모두 끝내자 남은 것은 오산화인(P₂O₅)뿐인데, 이 잔류물은 분해가 마무리된 찌꺼기여서 종이나 목재의 물기를 빨아들여 숯처럼 만드는 구실까지 맡지는 않는다.

  가연물의 물기를 빼앗아 검게 태우는 이 주된 작용을 맡는 것은 맨 처음 생기는 물질이므로, 정답은 1번이다.

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• 41

  이산화탄소(CO₂) 소화약제에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 불연성 가스로서 무색ㆍ무취이며, 공기에 대한 비중은 약 1.5 이다.
  2. 2. 약제 방출시 인체에 관한 동상ㆍ질식의 우려가 있다.
  3. 3. 금속분화재에 사용 시 질식ㆍ냉각소화의 효과가 있다.
  4. 4. 전기 절연성이 우수하여 전기화재에 적응성이 있다.

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 이산화탄소는 불연성이며 무색·무취이고 공기에 대한 비중이 약 1.5로 공기보다 무겁다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  2. 이산화탄소를 방출하면 급격한 팽창으로 인한 동상과 산소 부족에 의한 질식 우려가 있다. 그래서 문제가 고르라는 '옳지 않은 것'에 해당하지 않는다. 옳다.
  3. 금속분화재에 이산화탄소를 쓰면 뜨거운 금속이 이산화탄소를 분해해 오히려 연소를 도우므로 적합하지 않다. '질식·냉각 효과가 있다'는 옳지 않다(정답).
  4. 이산화탄소는 전기가 통하지 않는 비전도성 기체여서 전기 절연성이 우수하고, 그 덕분에 통전 중인 전기화재에도 적응성이 있으므로 보기는 옳다. 옳지 않은 것을 묻는 문제에서 정답이 아니다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 이산화탄소 소화약제를 방출하면 빛깔도 냄새도 없는 불연성 기체가 공기보다 1.5배쯤 무거워 바닥 쪽으로 깔리며 낮게 퍼지는 것을 甲은 지켜본다.
  2. 甲이 좁은 방에 이산화탄소를 뿜자 가스가 급격히 팽창하며 주변이 몹시 차가워져 피부에 동상이 올 수 있고, 산소가 밀려나 숨이 막힐 위험까지 생긴다.
  3. 甲이 타는 마그네슘 부스러기에 이산화탄소 소화기를 뿌리자 뜨거운 금속이 기체를 갈라 산소를 내놓으면서 불길이 오히려 거세지는 것을 보았다.
  4. 甲이 전기가 흐르는 배전반에 불이 났을 때 이산화탄소를 뿌려도, 이 기체가 전기를 통하지 않아 감전 걱정 없이 전기화재를 끌 수 있는 것을 확인한다.

  뜨거운 금속에 이 기체를 쓰면 오히려 산소를 내놓아 불길을 돕는 반응이 일어나므로, 정답은 3번이다.

• 42

  축압식 분말소화기의 충압가스 종류가 아닌 것은?

  1. 1. 질소
  2. 2. 헬륨
  3. 3. 일산화탄소
  4. 4. 이산화탄소

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 질소는 불연성이면서 화학적으로 안정한 비활성 기체여서 축압식 분말소화기의 충압가스로 실제 사용되므로, 충압가스가 '아닌 것'에 해당하지 않는다. 그래서 이 보기는 '축압식 분말소화기의 충압가스 종류'에 해당하므로 문제가 고르라는 것이 아니다. 옳다.
  2. 헬륨은 반응성이 거의 없는 불활성 기체여서 충압가스로 쓸 수 있어, 충압가스가 '아닌 것'으로 보기 어렵다. 그래서 이 보기는 '축압식 분말소화기의 충압가스 종류'에 해당하므로 문제가 고르라는 것이 아니다. 옳다.
  3. 일산화탄소는 그 자체가 타는 가연성이면서 독성까지 있는 가스여서 소화기 충압가스로 결코 쓸 수 없으므로, 충압가스가 '아닌 것'을 묻는 문제의 정답에 해당한다. 그래서 이 보기는 '축압식 분말소화기의 충압가스 종류'에 해당하지 않으므로 이 보기가 정답이다. 보기 진술로는 옳지 않다(정답).
  4. 이산화탄소는 스스로 타지 않는 불연성 기체여서 축압식 분말소화기의 충압가스로 실제 사용되므로, 충압가스가 '아닌 것'에 해당하지 않는다. 그래서 이 보기는 '축압식 분말소화기의 충압가스 종류'에 해당하므로 문제가 고르라는 것이 아니다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 甲이 축압식 분말소화기 내부를 들여다보면 불에 타지 않는 비활성 기체인 질소가 가득 채워져, 손잡이를 누를 때 분말을 밀어낼 압력을 만들고 있음을 확인한다.
  2. 甲이 헬륨의 성질을 살피면 다른 물질과 잘 반응하지 않는 불활성 기체여서, 분말을 밖으로 밀어내는 충압가스로 쓰기에 무리가 없는 기체임을 알게 된다.
  3. 甲은 축압식 분말소화기에 넣을 기체를 고르다가, 일산화탄소는 그 자체가 잘 타는 데다 사람에게도 해로운 독성 기체라 충압가스로 쓸 수 없다는 것을 알아챘다.
  4. 甲이 이산화탄소가 든 소화기를 보면 이 기체가 스스로 타지 않는 불연성이라, 분말을 밖으로 밀어내는 충압가스로 안전하게 쓰이고 있음을 확인한다.

  그 자체가 잘 타고 사람에게도 해로운 이 기체는 압력을 채우는 용도로 쓸 수 없으므로, 정답은 3번이다.

• 43

  서로 다른 금속으로 이루어진 폐회로에 온도를 일정하게 유지하면서 직류 전류를 흘릴 경우 열의 발생 또는 흡수가 일어나는 현상은?

  1. 1. 제백 효과(Seebeck effect)
  2. 2. 톰슨 효과(Thomson effect)
  3. 3. 핀치 효과(Pinch effect)
  4. 4. 펠티에 효과(Peltier effect)

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 제백 효과는 두 금속 접점의 온도차로 전류(기전력)가 생기는 현상으로, 전류를 흘려 열이 나는 것과는 반대다. 옳지 않다.
  2. 톰슨 효과는 하나의 금속 도체에 온도차와 전류가 함께 있을 때 열이 발생·흡수되는 현상으로, 서로 다른 두 금속 접점의 경우와 구별된다. 옳지 않다.
  3. 핀치 효과는 도체에 흐르는 전류가 만든 자기력으로 도체가 안쪽으로 수축하는 현상으로, 접합부에서 열이 나거나 흡수되는 문제의 현상과는 원리가 전혀 다르다. 따라서 옳지 않다.
  4. 서로 다른 두 금속의 접점에 전류를 흘리면 접점에서 열이 발생하거나 흡수되는 것은 펠티에 효과다. 따라서 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲이 서로 다른 두 금속을 이은 접점의 한쪽을 뜨겁게, 다른 쪽을 차갑게 하자 온도차 때문에 전류가 흐르는데, 이는 전류를 흘려 열을 내는 것과 방향이 반대다.
  2. 甲이 하나의 금속 막대 양끝에 온도차를 준 채 전류를 흘리자 막대에서 열이 나거나 흡수되는데, 이는 서로 다른 두 금속의 접점에서 일어나는 현상과는 구별된다.
  3. 甲이 도체에 큰 전류를 흘리자 전류가 만든 자기력이 도체를 안쪽으로 조여 단면이 잘록해지는데, 이는 열이 나거나 흡수되는 현상과는 성격이 다르다.
  4. 서로 다른 두 금속을 이어 전류를 흘리면 한 접점에서는 열이 나고 다른 접점에서는 열을 흡수하는데, 이것이 펠티에 효과다. 전자냉각(펠티에 소자)에 이용된다.

  서로 다른 두 금속의 접점에 전류를 흘리면 한쪽은 열을 내고 다른 쪽은 열을 빼앗는 이 현상을 가리키므로, 정답은 4번이다.

• 44

  C₁ = 2 μF, C₂ = 3 μF, C₃ = 5 μF 인 3개의 콘덴서를 직렬 접속하고 양단에 800 V 의 전압을 인가할 때, C₂에 걸리는 전압(V)은 약 얼마인가?

  1. 1. 154
  2. 2. 258
  3. 3. 387
  4. 4. 425

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 직렬 콘덴서의 합성 정전용량은 1/C = 1/2 + 1/3 + 1/5 = 31/30이므로 C = 30/31 μF이다. ② 직렬이므로 각 콘덴서에 같은 전하 Q = C × V = (30/31) × 800 ≈ 774.2 μC가 저장된다. ③ C₂에 걸리는 전압 = Q ÷ C₂ = 774.2 ÷ 3 ≈ 258 V이다. ④ 따라서 약 258 V이므로 2가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 직렬은 전하가 같다
  2. 콘덴서를 직렬로 이으면 각 콘덴서에 쌓이는 전하량이 모두 같다. 가운데 극판들은 서로 이어져 있어 한쪽에서 밀려난 전하가 그대로 다음 극판으로 옮겨 가기 때문이다. 그래서 합성 정전용량으로 전체 전하를 한 번 구해 두면, 각 콘덴서의 전압은 그 전하를 자기 용량으로 나눠 바로 얻을 수 있다.
  3. ↓
  4. ② 합성 정전용량을 구한다
  5. 세 용량의 역수를 더한 뒤 그 합을 되뒤집는다.
  6. → 역수의 합 = 0.5 + 0.3333 + 0.2 = 1.0333
  7. → 합성 정전용량 = 1 ÷ 1.0333 = 0.968μF
  8. ↓
  9. ③ 전체 전하를 구한다
  10. 합성 정전용량에 인가전압을 곱하면 회로에 쌓이는 전하가 나온다.
  11. → 전체 전하 = 0.968 × 800 = 774.2μC
  12. ↓
  13. ④ C₂의 전압을 구한다
  14. 방금 구한 전하를 C₂의 용량으로 나눈다. 직렬이라 이 전하가 세 콘덴서에 똑같이 걸려 있다.
  15. → C₂ 전압 = 774.2 ÷ 3 = 약 258V
  16. ↓
  17. ⑤ 검산한다
  18. 같은 방법으로 나머지 둘을 구하면 C₁은 약 387V, C₃는 약 155V다. 셋을 더하면 800V로 인가전압과 맞아떨어진다. 용량이 작을수록 전압이 크게 걸리므로, 내압을 넘지 않는지 볼 때는 가장 작은 콘덴서부터 확인해야 한다.

  직렬로 이은 콘덴서의 전하를 그 콘덴서 용량으로 나누면 약 258볼트이므로, 정답은 2번이다.

• 45

  교류 전압 v = Vₘ sin ωt 의 실효값은? (단, Vₘ은 최대값이다.)

  1. 1. Vₘ ÷ √2
  2. 2. 2Vₘ ÷ π
  3. 3. Vₘ ÷ 2
  4. 4. Vₘ ÷ π

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 정현파 교류의 실효값은 한 주기 동안 제곱 평균을 취해 구하며 그 결과가 최대값을 √2로 나눈 값(Vₘ/√2)이 되므로, 보기의 식은 실효값 정의와 일치한다. 옳다(정답).
  2. 2Vₘ/π는 정현파를 반주기 동안 고르게 평균 낸 평균값이며, 최대값을 √2로 나눠 얻는 실효값과는 구하는 방법이 서로 다르다. 따라서 실효값이 아니다.
  3. Vₘ/2는 정현파의 실효값·평균값 어느 것과도 맞지 않는 값이며, 실효값 Vₘ/√2보다 작아 실효값이 될 수 없다. 옳지 않다.
  4. Vₘ/π 역시 정현파의 실효값 공식과 무관한 값으로, 실효값은 최대값을 √2로 나눠야 얻어진다. 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 가정용 220 V는 실효값으로, 실제 최대값은 220 × √2 ≈ 311 V까지 오르내린다. 실효값은 최대값을 √2로 나눈 값이다.
  2. 甲이 정현파의 반주기 동안 값을 고르게 펴 평균을 내면 2Vₘ/π가 나오는데, 甲은 이것이 평균값일 뿐 √2로 나눠 얻는 실효값과는 다른 값임을 짚어 낸다.
  3. 甲이 Vₘ/2를 실효값 Vₘ/√2와 견주어 보면 √2로 나눈 값보다 더 작아, 정현파의 실효값도 평균값도 아닌 엉뚱한 값임을 甲은 확인한다.
  4. 甲이 Vₘ/π라는 값을 살피면 정현파의 실효값 공식과는 아무 관계가 없는데, 실효값을 얻으려면 최대값을 √2로 나누어야 한다는 것을 甲은 다시 확인한다.

  정현파를 제곱 평균해 구하는 이 값은 최고값을 그 근으로 나눈 값이므로, 정답은 1번이다.

• 46

  부하의 피상전력이 10 kVA 이고, 무효전력이 6 kVar 일 때 유효전력(kW)은?

  1. 1. 4
  2. 2. 6
  3. 3. 8
  4. 4. 10

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 피상전력·유효전력·무효전력은 직각삼각형 관계다(피상² = 유효² + 무효²). ② 유효전력 = √(피상² − 무효²) = √(10² − 6²)이다. ③ = √(100 − 36) = √64 = 8 kW이다. ④ 따라서 8 kW이므로 3이 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 세 전력은 직각삼각형을 이룬다
  2. 피상전력이 빗변이고 유효전력과 무효전력이 두 직각변이다. 서로 방향이 직각이라 그냥 빼서는 안 되고 제곱으로 다뤄야 한다. 세 값 가운데 둘을 알면 나머지 하나는 저절로 정해지므로, 어느 것을 물어도 같은 식 하나로 풀린다.
  3. ↓
  4. ② 구할 것을 왼쪽에 놓는다
  5. 빗변의 제곱에서 아는 변의 제곱을 뺀 뒤 제곱근을 취하면 남는 변이 나온다.
  6. → 유효전력 = 피상전력의 제곱에서 무효전력의 제곱을 뺀 값의 제곱근
  7. ↓
  8. ③ 제곱해서 뺀다
  9. 피상전력과 무효전력을 각각 제곱한 뒤 뺀다.
  10. → 제곱의 차 = 100 − 36 = 64
  11. ↓
  12. ④ 제곱근을 취한다
  13. 남은 값의 제곱근이 곧 유효전력이다.
  14. → 유효전력 = 8kW
  15. ↓
  16. ⑤ 뜻을 확인한다
  17. 밑변 8, 높이 6, 빗변 10인 삼각형이라 3대 4대 5 꼴이다. 역률은 유효전력을 피상전력으로 나눈 0.8이 되고, 무효전력을 되짚어 구해도 6으로 문제 조건과 맞는다.

  피상전력의 제곱에서 무효전력의 제곱을 뺀 값의 제곱근은 8킬로와트이므로, 정답은 3번이다.

• 47

  변압기 3상 결선에 관한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은? ㄱ. Δ-Δ 결선은 지락사고 검출이 용이하지 않다. ㄴ. Y-Y 결선은 고전압 결선에 적합하다. ㄷ. Δ-Y 결선은 주로 발전소에서 전압을 높여 전력전송을 위해 사용된다. ㄹ. Y-Δ 결선은 변압기 1대 고장 시 전력공급이 불가능하다.

  1. 1. ㄱ, ㄴ
  2. 2. ㄱ, ㄷ
  3. 3. ㄷ, ㄹ
  4. 4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. Δ-Δ 결선은 접지 기준점이 되는 중성점이 없어 지락사고가 나도 이를 검출하기가 쉽지 않으므로, ㄱ의 서술은 결선 특성과 부합한다. 옳다.
  2. Y-Y 결선은 각 상에 걸리는 상전압이 선간전압의 1/√3로 낮아져 절연 설계에 유리하므로 고전압 결선에 적합하며, ㄴ의 서술은 이 특성과 맞는다. 옳다.
  3. Δ-Y 결선은 저압 측 Δ를 고압 측 Y로 연결해 전압을 크게 높일 수 있어 발전소의 승압 송전에 주로 쓰이므로, ㄷ의 서술은 옳다. 옳다.
  4. Y-Δ 결선은 변압기 한 대가 고장 나면 나머지 두 대로 결선을 이어갈 수 없어 전력공급이 끊기므로, ㄹ의 서술은 이 특성과 부합한다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. 중성점이 없는 Δ-Δ 결선은 접지를 통한 지락 검출이 어렵다.
  2. 6,600 V 배전선에 Y결선을 쓰면 각 상에는 그 1/√3인 약 3,810 V만 걸려 절연 부담이 확 줄어든다.
  3. 발전소에서 낮은 전압을 높여 멀리 보낼 때 Δ-Y 승압 결선을 쓴다.
  4. Y-Δ는 한 대가 고장 나면 V결선으로 이어 갈 수 없어 공급이 끊긴다.

  지락 검출과 고전압 적합성, 승압용 쓰임, 고장 시 공급 중단까지 네 결선 특성이 모두 사실과 맞으므로, 정답은 4번이다.

• 48

  비정현파 전압(V) v = 50√2 sinωt + 30√2 sin3ωt + 10√2 sin5ωt 의 실효값(V)은 약 얼마인가?

  1. 1. 57
  2. 2. 59
  3. 3. 62
  4. 4. 65

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. ① 비정현파의 실효값은 각 고조파 실효값의 제곱을 더한 뒤 제곱근을 취한다. ② 각 항의 실효값은 √2 앞의 값이므로 기본파 50 V, 제3고조파 30 V, 제5고조파 10 V이다. ③ 실효값 = √(50² + 30² + 10²) = √(2,500 + 900 + 100) = √3,500이다. ④ √3,500 ≈ 59.16 V이므로 약 59 V인 2가 정답이다. 옳다.

  🧮 풀이

  1. ① 고조파는 제곱해서 더한다
  2. 주파수가 서로 다른 성분은 시간에 걸쳐 평균하면 곱이 0이 되어 상쇄된다. 이를 서로 직교한다고 말한다. 그래서 순시값을 그냥 더하지 않고, 각 성분의 실효값을 제곱해 더한 뒤 제곱근을 취한다.
  3. ↓
  4. ② 각 성분의 실효값을 읽는다
  5. 정현파의 실효값은 진폭을 루트2로 나눈 값이다. 실효값은 같은 열을 내는 직류로 바꿔 놓은 값이라고 보면 된다. 이 식은 각 항 앞에 루트2가 붙어 있어 나누면 곧바로 앞의 계수만 남으므로, 계수만 읽어도 각 성분의 실효값을 바로 알 수 있다.
  6. → 기본파 = 50V
  7. → 제3고조파 = 30V
  8. → 제5고조파 = 10V
  9. ↓
  10. ③ 제곱해서 더한다
  11. 세 실효값을 각각 제곱해 합친다. 제곱을 하면 부호가 사라지므로 어느 성분이 어느 쪽으로 흔들리든 상관없이 크기만 더해진다.
  12. → 제곱의 합 = 2,500 + 900 + 100 = 3,500
  13. ↓
  14. ④ 제곱근을 취한다
  15. 합한 값의 제곱근이 전체 실효값이다.
  16. → 실효값 = 약 59V
  17. ↓
  18. ⑤ 직류분이 있으면 어떻게 되는지 덧붙인다
  19. 이 식에는 직류분이 없어 세 성분만 합쳤다. 직류분이 있었다면 그 값도 제곱해 함께 더한 뒤 제곱근을 취해야 한다. 정확히 계산하면 3,500의 제곱근은 59.16V이고, 기본파 50V만 볼 때보다 커진 몫이 곧 고조파가 실어 온 성분이다.

  각 고조파 실효값의 제곱을 더해 뿌리를 씌우면 약 59볼트이므로, 정답은 2번이다.

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  수신기에서 거리 L(m) 떨어진 직류 2선식 감지기회로의 전선(동선) 단면적이 A(mm²)이다. 전류가 I(A)로 흐를 때 전압강하(V)를 구하는 식은?

  1. 1. 35.6 × L × I ÷ (1000 × A)
  2. 2. 30.8 × L × I ÷ (1000 × A)
  3. 3. 17.8 × L × I ÷ (1000 × A)
  4. 4. 8.9 × L × I ÷ (1000 × A)

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 직류 2선식(단상 2선식) 회로의 전압강하는 e = 35.6 × L × I ÷ (1000 × A)로 구한다. 따라서 옳다(정답).
  2. 계수 30.8은 3상 3선식 회로의 전압강하를 구할 때 쓰이는 값으로, 문제가 묻는 직류 2선식 회로에 적용하는 계수와는 서로 다르다. 회로 방식에 맞지 않는 식이므로 옳지 않다.
  3. 계수 17.8은 단상 3선식이나 3상 4선식 회로의 전압강하 계산에 쓰이는 값으로, 직류 2선식 회로에 적용하는 계수와는 서로 다르다. 회로 방식이 맞지 않으므로 옳지 않다.
  4. 8.9라는 계수는 직류 2선식 전압강하 식의 계수 35.6과 전혀 다른 값으로, 이 회로의 전압강하를 구하는 식에는 쓰이지 않는다. 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 감지기회로가 길거나(L↑) 전선이 가늘수록(A↓) 전압강하가 커지는데, 직류 2선식은 계수 35.6을 써서 계산한다.
  2. 甲이 3상 3선식으로 배선한 회로의 전압강하를 구할 때는 계수 30.8을 쓰는데, 지금 문제의 직류 2선식 회로에는 이 값이 맞지 않는다는 것을 甲은 안다.
  3. 甲이 계수 17.8이 어디에 해당하는지 표에서 찾아보니 단상 3선식과 3상 4선식 배선에 배정된 값이라, 전선 두 가닥으로 꾸린 직류 2선식 회로에 이 숫자를 대입하는 것은 애초에 맞지 않는다.
  4. 甲이 답안에 적힌 계수 8.9의 출처를 되짚어 보니 직류 2선식 전압강하 공식이 요구하는 값은 35.6이라, 8.9는 아예 다른 배선방식에서나 나올 법한 숫자여서 이 회로 계산에는 끼어들 자리가 없다.

  두 가닥 직류 배선에서 이 값을 구하는 식에 들어가는 계수는 다른 배선 방식의 것이 아니라 정해진 그 값이므로, 정답은 1번이다.

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  그림과 같은 제어량과 조작량을 특정으로 하는 제어방식은?

  1. 1. P 제어
  2. 2. I 제어
  3. 3. PI 제어
  4. 4. PID 제어

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. P(비례) 제어만으로는 목표값에 완전히 도달하지 못하는 잔류편차(오프셋)가 남아, 그림처럼 신속히 목표값에 일치하지 못한다. 옳지 않다.
  2. I(적분) 제어는 잔류편차를 없애는 장점이 있지만 출력이 서서히 반응해 응답 속도가 느리므로, 그림처럼 신속한 응답 특성을 보이는 제어방식으로 보기 어렵다. 따라서 옳지 않다.
  3. PI 제어는 잔류편차는 없애지만 미분 동작이 없어 그림처럼 조작량이 급격히 커지며 신속히 수렴하는 특성을 온전히 설명하지 못한다. 옳지 않다.
  4. 그림은 조작량이 급격히 커지며(미분 동작) 잔류편차 없이 신속히 목표값에 일치하는(비례+적분+미분) PID 제어의 응답이다. 따라서 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲이 비례(P) 제어만으로 온도를 맞추려 하자 목표값 바로 아래에서 멈춰 좁힐 수 없는 잔류편차가 남는데, 그림처럼 목표값에 딱 맞게 도달하지는 못한다.
  2. 甲이 적분(I) 제어만 쓰자 시간이 지나며 잔류편차는 사라지지만 반응이 굼떠, 그림처럼 빠르게 목표값에 이르는 민첩함은 보여 주지 못한다.
  3. 甲이 PI 제어를 적용하자 잔류편차는 없어지지만 미분 동작이 빠져, 그림처럼 조작량이 초기에 확 치솟으며 재빨리 수렴하는 움직임까지는 만들어 내지 못한다.
  4. 그림에서 조작량이 초기에 급격히 커지는 것은 미분(D) 동작, 목표값에 오차 없이 정확히 수렴하는 것은 적분(I) 동작, 빠른 반응은 비례(P) 동작의 특징으로, 셋을 합친 PID 제어다.

  초반에 조작량이 확 커지고 편차 없이 빠르게 목표에 이르는 이 응답은 세 동작을 합친 방식의 특징이므로, 정답은 4번이다.