2019 소방간부 자연과학개론 (21번 ~ 25번)

21. 다음은 우라늄 핵분열에 대한 내용이다. (ㄱ)∼(ㄷ)에 들어갈 것으로 옳게 짝 지어진 것은?

답: 3번 

 

풀이

원자번호와 질량수를 파악 

(ㄱ) 235 , 92

1 + (ㄱ) = 236 

0 + (ㄱ) = 92 

 

(ㄴ) 38 

92 = 54 + (ㄴ) + 0

(ㄴ) = 38 

 

(ㄷ) = 2

140 + 94 + 1X(ㄷ) = 236 

=> (ㄷ) = 2 

 

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22. 열량계 안에서 물 400 g과 물체 A 200 g이 25℃ 에서 열평형을 이루고 있다. 이 열량계에 70℃의 물 100 g을 부었을 때 새로운 열평형 온도(℃)는? (단, 물체 A의 비열은 0.2 kcal/(kg·℃)이고, 물의 비열은 1 kcal/(kg·℃)이며, 열량계 외부로의 열손실은 없고, 열은 물과 물, 물과 A 사이에서만 이동한다.)

 

답: 100 / 3

 

풀이 

q = cmΔT 

400 x ( X - 25 )  x 1 + 200 x 0.2 x ( X - 25 )= 100 x ( 70 - X ) x 1

X = 100 / 3

 

< 열평형 >

Q = cmΔT 

뜨거운 물체가 잃은 열량 = 차가운 물체가 얻은 열량 

 

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23. 정상상태에서 코일과 평행판 축전기에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

① 평행판 축전기의 전기 용량은 두 금속판 사이의 거리가 멀수록 증가한다.

② 코일에 교류가 흐르면 유도 기전력이 생겨 전류의 흐름을 방해한다.

③ 교류 전원에 평행판 축전기를 연결하면 회로에 전류가 흐르지 않는다.

④ 직류 전원에 연결된 코일에는 전류가 많이 흐를 수록 코일이 전류의 흐름을 방해하는 정도가 커진다.

⑤ 코일에 연결된 교류 전원의 진동수(주파수)가 커질수록 코일이 전류의 흐름을 방해하는 정도는 작아진다.

 

답: 2번

 

풀이 

① 평행판 축전기의 전기 용량은 두 금속판 사이의 거리가 멀수록 감소한다. C = Q / V  = εS/d 

③ 교류 전원에 평행판 축전기를 연결하면 회로에 전류가 잘 흐른다 

④ 직류 전원에 연결된 코일에는 전류가 많이 흐를수록 코일이 전류의 흐름을 방해하는 정도가 작아진다.

⑤ 코일에 연결된 교류 전원의 진동수(주파수)가 커질수록 코일이 전류의 흐름을 방해하는 정도는 커진다

 

 

< 코일과 평행판 축전기 >

1. 축전기 

- 전기 에너지와 전하(charge)를 저장하는 장치

- C = Q / V  = εS/d 

- 진공의 유전율을 ϵ0 라고 하고, 축전기 사이에 있는 물질의 유전율 ϵ 는 ϵ0 보다 큽니다

- 축전기의 전기용량 𝐶 가 커질수록 가해진 전위차 𝑉 에서 전도체의 전하 𝑄 가 커지므로 축전기는 더 많은 에너지를 저장할 수 있다.

- 축전기에 전압을 가하게 되면 전기에너지가 저장됩니다. 그 에너지 양 U = 1/2QV 입니다. 물론 Q=CV 인 점을 이용하면 U = 1/2CV^2 으로도 쓸 수 있고, Q^2/2C 로도 쓸 수 있다.

2. 코일 

- 나선형으로 여러 번 감아 놓은 도선

 

1) 자체 유도

- 코일에 흐르는 전류가 변하면 코일 내부에 자기선속이 변하면서 유도 기전력이 발생하여 전류의 흐름을 방해한다.
- 자체 유도 계수 (L) : 유도 기전력이 코일에 생기는 정도로 코일의 감은 수가 많을수록 커진다.[단위 : (H 헨리)]

 

2) 교류회로에서의 저항

① 교류 주파수가 증가하면 전류 방향이 빨리 바뀌어 자기장의 변화가 빠르다. 따라서 유도 전류가 증가하여 저항이 증가한다.
② 자체 유도 계수 (L)이 증가하면 코일에 교류의 반대 방향으로 흐르는 유도 전류가 증가한다. 따라서 코일에 흐르는 전체 전류가 작아져 저항이 증가한다.
③ 유도 리액턴스 : 교류에서 코일에 의한 저항 효과

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24. 그림과 같이 질량이 같은 인공위성 P, Q가 지구 중심으로부터 인공위성의 중심까지 각각 r, 2r 떨어져 등속원운동을 하고 있다.

P의 구심 가속도의 크기가 a일 때, Q의 구심 가속도의 크기는? (단, 인공위성에는 지구에 의한 만유인력만 작용한다.)

 

답: 1/4 a 

 

풀이

 

만유인력 F = G Mm / r^2

만유인력에서 구심가속도 a 는 거리^2에 반비례한다  

P의 구심가속도 = a

Q의 구심가속도는 거리가 두배이기 때문에  P의 구심가속도의 1/4배이다

 

< 만유인력 >

- 구심력: 태양이 지구를 원운동시키는 힘

참고

 

https://blog.naver.com/PostView.nhn?isHttpsRedirect=true&blogId=galaxyenergy&logNo=220313679831&categoryNo=0&parentCategoryNo=37&viewDate=&currentPage=1&postListTopCurrentPage=1&from=section