전기기능사 필기 · 전기이론 과목
전기기능사 정전기와 콘덴서 핵심정리
- 중요도
- ★★★★☆ (4 / 5)
- 출제 비중
- 전기이론 20문항 중 약 3문항 (15%)
전하 사이에 작용하는 힘(쿨롱의 법칙)과 전기를 모아 두는 콘덴서를 다룹니다. 콘덴서의 직렬·병렬 계산은 저항과 반대라는 점이 자주 나옵니다.
정전기와 콘덴서, 이것만은 꼭 외우세요
- 쿨롱의 법칙: 두 전하 사이의 힘은 전하량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례합니다.
- 같은 종류의 전하끼리는 밀어내고, 다른 종류끼리는 끌어당깁니다.
- 전하량 Q = C × V. 정전용량(C)의 단위는 패럿[F]입니다.
- 콘덴서 합성은 저항과 반대입니다. 병렬은 그대로 더하고, 직렬은 (곱 ÷ 합)입니다.
- 콘덴서에 저장되는 에너지 W = ½ × C × V² [J]
정전기와 콘덴서 대표 문제 3개
AI 예상문제검수 전전기이론 › 정전기와 콘덴서★★★★☆
문제 1. 두 전하 사이에 작용하는 힘(쿨롱의 법칙)에 대한 설명으로 옳은 것은?
- ① 두 전하량의 곱에 반비례한다.
- ② 두 전하 사이의 거리에 비례한다.
- ③ 두 전하 사이 거리의 제곱에 반비례한다.
- ④ 같은 종류의 전하끼리는 서로 끌어당긴다.
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정답: ③ 두 전하 사이 거리의 제곱에 반비례한다.
핵심: 쿨롱의 법칙: 힘은 전하량 곱에 비례, 거리 제곱에 반비례
쿨롱의 법칙은 전기를 띤 두 물체(전하) 사이에 작용하는 힘의 크기를 알려 줍니다.
- 힘은 두 전하량의 곱에 비례합니다. (전하가 클수록 힘이 큼)
- 힘은 거리의 제곱에 반비례합니다. (거리가 2배 멀어지면 힘은 1/4)
- 같은 종류(+와 +, −와 −)는 서로 밀어내고, 다른 종류(+와 −)는 끌어당깁니다.
틀린 선지
- ① 전하량의 곱에는 반비례가 아니라 비례합니다.
- ② 거리에 비례하는 것이 아니라 거리의 제곱에 반비례합니다.
- ④ 같은 종류의 전하끼리는 밀어냅니다.
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문제 2. 정전용량이 3μF와 6μF인 콘덴서 2개를 직렬로 연결했을 때 합성 정전용량은 몇 μF인가?
- ① 2μF
- ② 4.5μF
- ③ 9μF
- ④ 18μF
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정답: ① 2μF
핵심: 콘덴서 직렬은 저항 병렬처럼 (곱 ÷ 합)으로 계산
콘덴서(전기를 모아 두는 부품)의 합성 계산은 저항과 정반대입니다. 콘덴서를 직렬로 이으면 저항의 병렬처럼 계산합니다.
- 공식: C = (C1 × C2) ÷ (C1 + C2)
- 숫자 대입: C = (3 × 6) ÷ (3 + 6)
- C = 18 ÷ 9
- 답: C = 2μF
직렬로 이으면 합성값이 가장 작은 콘덴서(3μF)보다도 작아진다는 점을 기억하면 검산에 도움이 됩니다.
틀린 선지
- ② 4.5μF: 두 값의 평균입니다.
- ③ 9μF: 그대로 더한 값으로, 병렬로 연결했을 때의 답입니다.
- ④ 18μF: 두 값을 곱하기만 한 값입니다.
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문제 3. 정전용량 100μF인 콘덴서에 200V의 전압을 가했을 때 콘덴서에 저장되는 에너지는 몇 J인가?
- ① 0.01J
- ② 1J
- ③ 2J
- ④ 4J
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정답: ③ 2J
핵심: 콘덴서 에너지 W = ½ × C × V²
콘덴서에 저장되는 에너지 공식에 넣어 계산합니다. μ(마이크로)는 100만분의 1이라는 뜻이므로 100μF = 0.0001F 입니다.
- 공식: W = ½ × C × V²
- 숫자 대입: W = 0.5 × 0.0001 × 200 × 200
- 200 × 200 = 40000
- 0.0001 × 40000 = 4
- 0.5 × 4 = 2
- 답: W = 2J
틀린 선지
- ① 0.01J: 전압을 제곱하지 않고 계산한 값(0.5 × 0.0001 × 200)입니다.
- ② 1J: 계산 실수로 나오기 쉬운 값입니다.
- ④ 4J: 앞의 ½을 곱하지 않은 값입니다.
직접 풀어서 확인해 보세요.