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해커스 공무원 기출+예상 문제집 과학 질문입니다. \| 교재 Q&A
이*훈 \|조회 2139 \|2016.06.09 17:52

(1) 교재명 : 해커스 공무원 기출+예상 문제집 과학 1쇄

(2) 관련 페이지 쪽수 : 270p, 271p

(3) 문의사항

1. 270P의 문제 6번, 보기 ㄱ을 보면

ㄱ. t에서 2t 사이에 금속 고리에 흐르는 전류의 세기는 증가한다.

= 기울기가 유도 전류의 세기를 나타내면 ~ 이렇게 해서 증가하는 것이 아니라고 하는데

=> 그래프 (나)가 원형 도선에 흐르는 시간에 따른 전류의 세기인데,
자기장의 세기, B가 전류에 비례하고, 원의 반지름 r에 반비례 하니까,

전류가 증가하면 자기장이 강해져, 결국 금속 고리에 들어가는 자기장이 증가하니까

결국은 전류의 세기는 증가하는 것이 아닌가요?

2. 1.과 같은 문제에서
보기 ㄴ. 금속 고리에서 소비되는 전력은 t일 때가 3t일 때보다 크다.

라고 하는데, 해설이 이해가 가지를 않습니다.

설명을 좀 부탁드리겠습니다.

3. 271p 문제 8번

보기 ㄴ. 0에서 t 사이에 흐르는 전류의 방향은 b->R-a 이다.

이에 따른 해설(63p)이

- 0에서 t/2 사이에는 사각형 도선을 통과하는 자기 선속의 수가 감소하므로 도선에는 오른쪽으로의 자기력석이 생겨나면서 전류의 방향은 a->R->b가 된다.

이런 식으로 나오는데, 그래프를 보면 0에서 t/2까지 전류가 증가하고 그리고 감소하다가

t초를 기준으로 전류의 크기가 -로 나오는데,
I가 최대일 때에 사각형 도선이 일자(|)로 되어

자석 N -> S의 방향으로 최대의 자기 선속을 받아

<- 이 방향의 유도기 전력 자기장이 생겨 b-R-a의 순서가 되는 것이 아닌가요?

답변 부탁드리겠습니다.

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안녕하세요. 이종훈 님 합격동행 해커스입니다.

이종훈 님의 문의사항을 확인하였으며, 빠른 시일 내에 답변드릴 수 있도록 하겠습니다.

합격하는 그날까지 최고의 강의와 서비스를 제공할 수 있도록 항상 노력하겠습니다.

감사합니다.

2016/06/09
답글

안녕하세요. 이종훈 님 합격동행 해커스입니다.

문의주신 내용에 대해 선생님께 아래와 같은 답변을 받았습니다.

1. 바깥쪽 원형 도선에 흐르는 전류는 시계 방향이고, 전류의 세기만 변하는 상황입니다.

1) 0~2t 사이에는 전류의 세기가 증가하면서 금속 고리 안쪽에는 지면을 뚫고 들어가는 자속이 증가하고 있습니다. 이때 금속 고리 안쪽에는 바깥쪽으로 나오는 자기력선이 유도되면서 반시계 방향의 유도 전류가 만들어집니다.

2) 2t~5t 사이에는 전류의 세기가 감소하면서 금속 고리를 통과하는 자속이 감소하므로 다시 지면을 뚫고 들어가는 자기력선이 유도 되므로 시계 방향의 유도 전류가 흐릅니다.

지금 유저분이 혼동하고 있는 부분은 딱 한가지입니다. 자기장의 세기가 변하면 유도 전류가 흐르는 것은 맞지만, 시간당 변화하는 비율이 전류의 세기이므로, 무조건 전류가 증가하는 것이 아니라 원형 전류에 흐르는 유도 전류의 변화량이 커져야 전류의 세기가 증가합니다.
다시 말하면 이 문제에서 (나) 그래프의 y축은 자기장으로 보셔도 아무런 문제가 없습니다.

2. 같은 맥락에서 t일 때보다 3t일 때가 전류가 더 강하니까 소비 전력이 크다고 생각하셨네요. 하지만 그래프의 기울기는 도선에 흐르는 전류이지 고리에 흐르는 전류가 아닙니다. 문제에서는 고리에서 소비되는 전력을 이야기하고 있습니다.

간단한 개념의 오류가 많은 고민을 하게 만들었군요 그러면서 느는거지요~^^

3. 문제에서 (나)는 (가)의 순간부터 만들어지는 전류를 나타낸 것이라고 하였습니다.
1) 그림 (가)에서 도선은 연직 방향으로 세워져 있고, 이 순간 도선을 통과하는 자속이 오른쪽 방향으로 최대입니다.

2) 도선이 90° 회전할 때 까지 도선을 통과하는 자속의 수는 감소합니다. 이때 렌츠 법칙에 의해 위쪽 도선에는 전류가 나오는 방향으로 유도 전류가 흘러서 전류의 방향은 a->R->b가 맞습니다.

3) 1/4t를 지날 때 전류의 세기가 가장 크고, 도선이 90° 회전하여 수평 방향으로 위치합니다.

4) 도선의 회전각이 90°를 넘어서면, 도선을 통과하는 자속이 증가하기 시작합니다. 그렇다면 왼쪽 방향의 자기력선을 만드는데 나오는 방향의 전류를 만드는 자기장이 생겨나서 1/2주기가 지나면 전류의 방향은 반대가 되어야 하지만, 그렇지 않은 것은 전자기적 관성 때문입니다. 도선에 ‘전류가 흐른다.’는 것은 전하의 움직임과 전하를 움직이게 하는 힘이 있어야 합니다. 이 힘이 움직이는 전하가 자기장 속에서 받는 전자기력(로렌츠의 힘)입니다.

도선의 회전각이 90°일 때 전류의 세기가 최대이므로 전하가 가장 큰 힘을 받고 있는 상태입니다. 이 상태에서 도선에 반대 방향의 기전력이 생겨도 전하는 관성 때문에 속력이 느려질 뿐 방향을 바꾸지는 않습니다. 이는 마치 전진하는 물체에 반대 방향으로 힘을 준다고 해서 바로 멈추지 않고 느려지다가 결국에는 멈추고 이후에는 후진하며 빨라지는 것과 같은 원리로 생각하시면 됩니다. 따라서 반 바퀴 180°를 회전할 때 까지 전류의 방향이 변하지 않는 것입니다.

유도 기전력의 핵심은 ‘변하는 자속이 전기장을 만든다.’는 것이고, 이때 발생하는 유도 기전력의 크기는 시간당 변하는 자속에 비례합니다.

(굳이 수학적으로 표현하면 일정한 각속도로 회전하는 도선을 통과하는 자속은 코사인 함수로 표현되는데요, 이를 시간에 따라 미분하면 (-)사인 함수의 그래프가 나타나므로 1/4주기, 3/4주기에서 전류가 최댓값을 갖게 됩니다. 이 설명은 모르셔도 문제를 푸는데는 전혀 지장이 없습니다. ^^)

합격하는 그날까지 최고의 강의와 서비스를 제공할 수 있도록 항상 노력하겠습니다.

감사합니다.

2016/06/13
답글

해커스 공무원 :

안녕하세요. 이종훈 님 합격동행 해커스입니다.

문의주신 내용에 대해 선생님께 아래와 같은 답변을 받았습니다.

1. 바깥쪽 원형 도선에 흐르는 전류는 시계 방향이고, 전류의 세기만 변하는 상황입니다.

1) 0~2t 사이에는 전류의 세기가 증가하면서 금속 고리 안쪽에는 지면을 뚫고 들어가는 자속이 증가하고 있습니다. 이때 금속 고리 안쪽에는 바깥쪽으로 나오는 자기력선이 유도되면서 반시계 방향의 유도 전류가 만들어집니다.

2) 2t~5t 사이에는 전류의 세기가 감소하면서 금속 고리를 통과하는 자속이 감소하므로 다시 지면을 뚫고 들어가는 자기력선이 유도 되므로 시계 방향의 유도 전류가 흐릅니다.

지금 유저분이 혼동하고 있는 부분은 딱 한가지입니다. 자기장의 세기가 변하면 유도 전류가 흐르는 것은 맞지만, 시간당 변화하는 비율이 전류의 세기이므로, 무조건 전류가 증가하는 것이 아니라 원형 전류에 흐르는 유도 전류의 변화량이 커져야 전류의 세기가 증가합니다. 
다시 말하면 이 문제에서 (나) 그래프의 y축은 자기장으로 보셔도 아무런 문제가 없습니다.
  
2.  같은 맥락에서 t일 때보다 3t일 때가 전류가 더 강하니까 소비 전력이 크다고 생각하셨네요. 하지만 그래프의 기울기는 도선에 흐르는 전류이지 고리에 흐르는 전류가 아닙니다. 문제에서는 고리에서 소비되는 전력을 이야기하고 있습니다.

간단한 개념의 오류가 많은 고민을 하게 만들었군요 그러면서 느는거지요~^^

3. 문제에서 (나)는 (가)의 순간부터 만들어지는 전류를 나타낸 것이라고 하였습니다. 
1) 그림 (가)에서 도선은 연직 방향으로 세워져 있고, 이 순간 도선을 통과하는 자속이 오른쪽 방향으로 최대입니다.

2) 도선이 90° 회전할 때 까지 도선을 통과하는 자속의 수는 감소합니다. 이때 렌츠 법칙에 의해 위쪽 도선에는 전류가 나오는 방향으로 유도 전류가 흘러서 전류의 방향은 a->R->b가 맞습니다.

3) 1/4t를 지날 때 전류의 세기가 가장 크고, 도선이 90° 회전하여 수평 방향으로 위치합니다.

4) 도선의 회전각이 90°를 넘어서면, 도선을 통과하는 자속이 증가하기 시작합니다. 그렇다면 왼쪽 방향의 자기력선을 만드는데 나오는 방향의 전류를 만드는 자기장이 생겨나서  1/2주기가 지나면 전류의 방향은 반대가 되어야 하지만, 그렇지 않은 것은 전자기적 관성 때문입니다. 도선에 ‘전류가 흐른다.’는 것은 전하의 움직임과 전하를 움직이게 하는 힘이 있어야 합니다. 이 힘이 움직이는 전하가 자기장 속에서 받는 전자기력(로렌츠의 힘)입니다.

도선의 회전각이 90°일 때 전류의 세기가 최대이므로 전하가 가장 큰 힘을 받고 있는 상태입니다. 이 상태에서 도선에 반대 방향의 기전력이 생겨도 전하는 관성 때문에 속력이 느려질 뿐 방향을 바꾸지는 않습니다. 이는 마치 전진하는 물체에 반대 방향으로 힘을 준다고 해서 바로 멈추지 않고 느려지다가 결국에는 멈추고 이후에는 후진하며 빨라지는 것과 같은 원리로 생각하시면 됩니다. 따라서 반 바퀴 180°를 회전할 때 까지 전류의 방향이 변하지 않는 것입니다.

유도 기전력의 핵심은 ‘변하는 자속이 전기장을 만든다.’는 것이고, 이때 발생하는 유도 기전력의 크기는 시간당 변하는 자속에 비례합니다.

(굳이 수학적으로 표현하면 일정한 각속도로 회전하는 도선을 통과하는 자속은 코사인 함수로 표현되는데요, 이를 시간에 따라 미분하면 (-)사인 함수의 그래프가 나타나므로 1/4주기, 3/4주기에서 전류가 최댓값을 갖게 됩니다. 이 설명은 모르셔도 문제를 푸는데는 전혀 지장이 없습니다. ^^)

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