전기기사 전기자기학 기출변형문제 50제

전기기사 전기자기학 과목 문항입니다. 각 문항의 정답과 해설이 바로 아래에 함께 있습니다.

1. 1두 점전하 사이에 작용하는 힘의 크기가 두 전하량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다는 법칙은? 기본
   1. 쿨롱의 법칙
   2. 가우스의 법칙
   3. 렌츠의 법칙
   4. 앙페르의 법칙

   정답 1번 · 쿨롱의 법칙

   해설 쿨롱의 법칙은 F=kQ1Q2/r²로 나타나며 두 전하량의 곱에 비례, 거리의 제곱에 반비례한다. 가우스법칙은 폐곡면을 통한 전속, 렌츠법칙은 유도기전력 방향, 앙페르법칙은 전류와 자계의 관계를 다룬다.

2. 2전계의 세기(E)의 단위로 옳은 것은? 기본
   1. Wb/m²
   2. V/m
   3. A/m
   4. F/m

   정답 2번 · V/m

   해설 전계의 세기는 단위 전하가 받는 힘으로 V/m(또는 N/C) 단위를 쓴다. Wb/m²는 자속밀도, A/m는 자계세기, F/m는 유전율의 단위이다.

3. 3다음 중 강자성체에 속하지 않는 것은? 기본
   1. 철(Fe)
   2. 니켈(Ni)
   3. 알루미늄(Al)
   4. 코발트(Co)

   정답 3번 · 알루미늄(Al)

   해설 철, 니켈, 코발트는 대표적인 강자성체이다. 알루미늄은 비투자율이 1보다 약간 큰 상자성체이다.

4. 4자기 인덕턴스의 단위는? 기본
   1. Wb
   2. F
   3. T
   4. H

   정답 4번 · H

   해설 자기 인덕턴스의 단위는 헨리(H)이다. Wb는 자속, F는 정전용량, T는 자속밀도의 단위이다.

5. 5커패시터를 병렬로 연결했을 때 전체 정전용량은? 기본
   1. 각 정전용량의 합
   2. 각 정전용량의 역수의 합의 역수
   3. 가장 작은 정전용량과 같음
   4. 가장 큰 정전용량과 같음

   정답 1번 · 각 정전용량의 합

   해설 병렬연결시 전체 정전용량은 C=C1+C2+…로 각 정전용량의 합이다. 직렬연결일 때는 역수의 합의 역수가 된다.

6. 6자속밀도(B)의 단위로 옳은 것은? 기본
   1. A/m
   2. Wb/m²(T)
   3. V/m
   4. H/m

   정답 2번 · Wb/m²(T)

   해설 자속밀도의 단위는 Wb/m² 또는 테슬라(T)이다. A/m는 자계세기, V/m는 전계세기, H/m는 투자율의 단위이다.

7. 7유전체 내에서 전속밀도 D와 전계 E의 관계식은? 기본
   1. D=μH
   2. D=σE
   3. D=εE
   4. D=E/ε

   정답 3번 · D=εE

   해설 전속밀도 D는 유전율 ε과 전계 E의 곱으로 D=εE이다. D=μH는 자속밀도와 자계의 관계식이며, σE는 전류밀도(옴의 법칙 미분형)이다.

8. 8다음 중 반자성체에 해당하는 물질은? 기본
   1. 철
   2. 니켈
   3. 코발트
   4. 구리

   정답 4번 · 구리

   해설 구리, 은, 비스무트 등은 비투자율이 1보다 약간 작은 반자성체이다. 철·니켈·코발트는 강자성체이다.

9. 9무한장 직선전류에 의한 자계의 세기는 전류가 흐르는 도선으로부터의 거리와 어떤 관계인가? 기본
   1. 거리에 반비례
   2. 거리에 비례
   3. 거리의 제곱에 반비례
   4. 거리와 무관

   정답 1번 · 거리에 반비례

   해설 무한장 직선전류의 자계세기는 H=I/(2πr)로 거리 r에 반비례한다.

10. 10환상 솔레노이드의 내부 자계세기 H를 구하는 식은? (N: 권수, I: 전류, l: 평균자로길이) 기본
    1. H=NI²
    2. H=NI/l
    3. H=N/(Il)
    4. H=I/(Nl)

    정답 2번 · H=NI/l

    해설 환상 솔레노이드 내부의 자계세기는 앙페르의 법칙으로부터 H=NI/l이다.

11. 11전자유도현상에서 유도기전력의 방향을 결정하는 법칙은? 기본
    1. 쿨롱의 법칙
    2. 가우스의 법칙
    3. 렌츠의 법칙
    4. 키르히호프의 법칙

    정답 3번 · 렌츠의 법칙

    해설 렌츠의 법칙은 유도기전력이 자속 변화를 방해하는 방향으로 발생함을 설명한다.

12. 12다음 중 자기이력현상(히스테리시스)과 관련이 없는 것은? 기본
    1. 잔류자기
    2. 보자력
    3. 히스테리시스 손실
    4. 정전용량

    정답 4번 · 정전용량

    해설 히스테리시스는 강자성체의 자화 특성으로 잔류자기·보자력·히스테리시스손실과 관련된다. 정전용량은 커패시터(전계) 관련 개념이다.

13. 13전기력선의 성질로 옳은 것은? 기본
    1. 양전하에서 나와 음전하로 들어간다
    2. 등전위면과 나란하다
    3. 도체 내부에도 존재한다
    4. 서로 교차한다

    정답 1번 · 양전하에서 나와 음전하로 들어간다

    해설 전기력선은 양전하에서 나와 음전하로 들어가며 등전위면에 수직이고, 도체 내부(정전평형)에는 존재하지 않으며 서로 교차하지 않는다.

14. 14커패시터에 저장되는 에너지를 나타내는 식은? (C: 정전용량, V: 전압) 기본
    1. W=CV
    2. W=(1/2)CV²
    3. W=CV²
    4. W=2CV

    정답 2번 · W=(1/2)CV²

    해설 커패시터에 저장되는 에너지는 W=(1/2)CV²이다.

15. 15다음 중 상호인덕턴스의 단위는? 기본
    1. Wb
    2. F
    3. H
    4. T

    정답 3번 · H

    해설 상호인덕턴스의 단위도 자기인덕턴스와 같은 헨리(H)이다.

16. 16진공의 유전율 ε0의 값에 가장 가까운 것은? 기본
    1. 4π×10⁻⁷
    2. 9×10⁹
    3. 3×10⁸
    4. 8.855×10⁻¹²

    정답 4번 · 8.855×10⁻¹²

    해설 진공의 유전율 ε0는 약 8.855×10⁻¹²F/m이다. 4π×10⁻⁷은 진공의 투자율, 9×10⁹은 쿨롱상수 k, 3×10⁸은 빛의 속도이다.

17. 17다음 중 자기저항(reluctance)의 정의로 옳은 것은? 기본
    1. 기자력을 자속으로 나눈 값
    2. 자속을 기자력으로 나눈 값
    3. 전압을 전류로 나눈 값
    4. 전류를 전압으로 나눈 값

    정답 1번 · 기자력을 자속으로 나눈 값

    해설 자기저항 R_m은 기자력(NI)을 자속(Φ)으로 나눈 값으로, 전기회로의 저항과 유사한 역할을 한다.

18. 18전기쌍극자모멘트를 구성하는 두 물리량은? 기본
    1. 전하량과 면적
    2. 전하량과 거리
    3. 전류와 면적
    4. 전류와 거리

    정답 2번 · 전하량과 거리

    해설 전기쌍극자모멘트는 전하량 Q와 두 전하 사이 거리 d의 곱(p=Qd)으로 정의된다.

19. 19다음 중 투자율이 가장 큰 자성체 분류는? 기본
    1. 반자성체
    2. 상자성체
    3. 강자성체
    4. 비자성체

    정답 3번 · 강자성체

    해설 강자성체는 투자율이 매우 커서 자기회로 재료로 널리 쓰인다. 상자성체는 1보다 약간 크고, 반자성체는 1보다 약간 작다.

20. 20변위전류의 개념을 도입하여 맥스웰 방정식을 완성하게 한 현상은? 기본
    1. 정상전류에 의한 자계
    2. 유전체 내 전속밀도의 시간적 변화
    3. 도체의 저항 발열
    4. 자성체의 히스테리시스

    정답 4번 · 자성체의 히스테리시스

    해설 맥스웰은 유전체(커패시터) 내부에서 전속밀도(D)가 시간에 따라 변할 때 발생하는 변위전류 개념을 도입해 앙페르법칙을 일반화했다.

21. 21다음 중 접지된 도체구의 전위에 대한 설명으로 옳은 것은? 기본
    1. 전위는 0이다
    2. 전위는 무한대이다
    3. 전위는 표면전하와 무관하게 항상 일정한 양의 값이다
    4. 전위는 항상 음의 값이다

    정답 1번 · 전위는 0이다

    해설 접지된 도체는 기준(대지)과 전위차가 없으므로 전위는 0이다.

22. 22다음 중 정전유도현상에 대한 설명으로 옳은 것은? 기본
    1. 도체 내부에 전하가 균일하게 분포한다
    2. 대전체 부근의 도체 표면에 반대 부호의 전하가 나타난다
    3. 자석 근처에서 도체가 자화되는 현상이다
    4. 전류가 흐를 때 열이 발생하는 현상이다

    정답 2번 · 대전체 부근의 도체 표면에 반대 부호의 전하가 나타난다

    해설 정전유도는 대전체를 도체에 가까이 하면 대전체와 가까운 도체 표면에는 반대 부호, 먼 쪽에는 같은 부호의 전하가 나타나는 현상이다.

23. 23다음 중 전계 내에서 도체가 정전평형 상태일 때 성립하지 않는 것은? 기본
    1. 도체 표면은 등전위면이다
    2. 도체 내부의 전계는 0이다
    3. 도체 내부에 전하가 균일하게 분포한다
    4. 전하는 도체 표면에만 존재한다

    정답 3번 · 도체 내부에 전하가 균일하게 분포한다

    해설 정전평형 상태의 도체는 내부 전계가 0이고 표면이 등전위면이며 전하는 표면에만 분포한다. 도체 내부에 전하가 균일하게 분포한다는 것은 옳지 않다(내부 전하는 0).

24. 24자기회로에서 기자력(magnetomotive force)을 구하는 기본식은? 기본
    1. F=BA
    2. F=Φ/R_m
    3. F=Φ·A
    4. F=NI

    정답 4번 · F=NI

    해설 기자력은 F=NI(권수×전류)로 정의되며, 자기회로에서 자속을 만드는 원동력이다.

25. 25전기력선과 등전위면의 관계로 옳은 것은? 기본
    1. 전기력선은 등전위면에 항상 수직이다
    2. 전기력선은 등전위면에 항상 평행하다
    3. 둘은 항상 일치한다
    4. 아무 관계가 없다

    정답 1번 · 전기력선은 등전위면에 항상 수직이다

    해설 전기력선은 등전위면과 항상 수직으로 교차한다.

26. 26두 점전하 Q1=2μC, Q2=3μC가 진공 중에서 0.3m 떨어져 있을 때 작용하는 힘의 크기는 약 몇 N인가? (단, k=9×10⁹N·m²/C²) 심화
    1. 0.6
    2. 1.2
    3. 1.8
    4. 2.4

    정답 1번 · 0.6

    해설 F=kQ1Q2/r²=9×10⁹×(2×10⁻⁶×3×10⁻⁶)/0.3²=9×10⁹×6×10⁻¹²/0.09=0.6N.

27. 27평행판 커패시터의 극판 면적이 0.02m², 간격이 1mm, 유전체의 비유전율이 5일 때 정전용량은 약 몇 nF인가? (단, ε0=8.855×10⁻¹²F/m) 심화
    1. 0.44
    2. 0.89
    3. 1.33
    4. 1.77

    정답 2번 · 0.89

    해설 C=ε0εrA/d=8.855×10⁻¹²×5×0.02/0.001≈0.886×10⁻⁹F=0.89nF.

28. 28정전용량이 각각 2μF, 3μF, 6μF인 세 커패시터를 직렬로 연결했을 때 합성 정전용량은 몇 μF인가? 심화
    1. 0.5
    2. 0.8
    3. 1.0
    4. 2.0

    정답 3번 · 1.0

    해설 1/C=1/2+1/3+1/6=1이므로 C=1μF이다.

29. 29정전용량이 각각 4μF, 6μF인 두 커패시터를 병렬로 연결했을 때 합성 정전용량은 몇 μF인가? 심화
    1. 2.4
    2. 4.0
    3. 6.0
    4. 10.0

    정답 4번 · 10.0

    해설 병렬연결이므로 C=C1+C2=4+6=10μF이다.

30. 30정전용량 100μF인 커패시터에 200V를 인가했을 때 저장되는 에너지는 몇 J인가? 심화
    1. 2
    2. 4
    3. 8
    4. 20

    정답 1번 · 2

    해설 W=(1/2)CV²=(1/2)×100×10⁻⁶×200²=2J이다.

31. 31평균 자로길이 20cm, 평균 단면적 4cm², 권수 500회인 환상 솔레노이드의 비투자율이 1000일 때 자기인덕턴스는 약 몇 mH인가? (단, μ0=4π×10⁻⁷H/m) 심화
    1. 314
    2. 628
    3. 157
    4. 942

    정답 2번 · 628

    해설 L=μ0μrN²A/l=(4π×10⁻⁷×1000)×500²×(4×10⁻⁴)/0.2≈0.628H=628mH.

32. 32무한장 직선도체에 10A의 전류가 흐를 때, 도체로부터 5cm 떨어진 점에서의 자계의 세기는 약 몇 A/m인가? 심화
    1. 15.9
    2. 21.2
    3. 31.8
    4. 45.0

    정답 3번 · 31.8

    해설 H=I/(2πr)=10/(2π×0.05)≈31.8A/m.

33. 33평행한 두 직선 도선에 각각 20A의 전류가 같은 방향으로 흐르고 도선 간 거리가 0.1m일 때, 도선 단위길이당 작용하는 힘은 약 몇 N/m인가? (단, μ0=4π×10⁻⁷H/m) 심화
    1. 0.0002
    2. 0.0004
    3. 0.0006
    4. 0.0008

    정답 4번 · 0.0008

    해설 F/l=μ0I1I2/(2πd)=(4π×10⁻⁷×20×20)/(2π×0.1)=8×10⁻⁴N/m.

34. 34저항 10kΩ과 정전용량 2μF가 직렬로 연결된 RC회로의 시정수는 몇 ms인가? 심화
    1. 20
    2. 40
    3. 60
    4. 80

    정답 1번 · 20

    해설 τ=RC=10×10³×2×10⁻⁶=0.02s=20ms.

35. 35정전용량 10μF인 공기 커패시터에 0.2C의 전하를 충전한 후, 두 극판 사이에 비유전율 4인 유전체를 가득 채웠다. 이때 유전체 표면에 나타나는 분극전하량은 약 몇 C인가? 심화
    1. 0.05
    2. 0.15
    3. 0.20
    4. 0.25

    정답 2번 · 0.15

    해설 전하 Q는 유전체 삽입 후에도 보존되며, 분극전하량 Qp=Q(1-1/εr)=0.2×(1-1/4)=0.15C이다.

36. 36간격 2mm인 평행판 사이에 100V의 전압을 걸었을 때 판 사이의 전계 세기는 몇 V/m인가? 심화
    1. 1×10⁴
    2. 2.5×10⁴
    3. 5×10⁴
    4. 1×10⁵

    정답 3번 · 5×10⁴

    해설 E=V/d=100/0.002=5×10⁴V/m.

37. 37전계의 세기가 2×10⁵V/m인 진공 중 공간의 전계 에너지밀도는 약 몇 J/m³인가? (단, ε0=8.855×10⁻¹²F/m) 심화
    1. 0.044
    2. 0.089
    3. 0.133
    4. 0.177

    정답 4번 · 0.177

    해설 w=(1/2)ε0E²=0.5×8.855×10⁻¹²×(2×10⁵)²≈0.177J/m³.

38. 38비유전율 4, 비투자율 1인 매질의 고유임피던스는 약 몇 Ω인가? (단, 진공의 고유임피던스는 약 377Ω이다.) 심화
    1. 188.5
    2. 261
    3. 377
    4. 754

    정답 1번 · 188.5

    해설 η=η0√(μr/εr)=377×√(1/4)=377/2≈188.5Ω.

39. 39결합계수 k=0.8, 두 코일의 자기인덕턴스가 각각 L1=4H, L2=9H일 때 상호인덕턴스 M은 몇 H인가? 심화
    1. 3.6
    2. 4.8
    3. 6.0
    4. 7.2

    정답 2번 · 4.8

    해설 M=k√(L1L2)=0.8×√(4×9)=0.8×6=4.8H.

40. 40환상 솔레노이드의 평균 단면적이 5×10⁻⁴m², 권수 200회, 전류 3A, 평균자로길이 0.1m일 때 자속밀도는 약 몇 T인가? (단, 비투자율 1000, μ0=4π×10⁻⁷H/m) 심화
    1. 3.77
    2. 5.65
    3. 7.54
    4. 9.42

    정답 3번 · 7.54

    해설 H=NI/l=200×3/0.1=6000A/m, B=μ0μrH=4π×10⁻⁷×1000×6000≈7.54T.

41. 41자속밀도 0.5T인 균일 자계 내에 길이 0.4m인 직선도체가 자계와 수직으로 놓여 3A의 전류가 흐를 때 도체가 받는 힘은 몇 N인가? 심화
    1. 0.15
    2. 0.3
    3. 0.45
    4. 0.6

    정답 4번 · 0.6

    해설 F=BIL=0.5×3×0.4=0.6N.

42. 42권수 100회인 코일에 3A의 전류가 흘러 코일을 통과하는 자속이 0.02Wb일 때 이 코일의 자기인덕턴스는 몇 H인가? 심화
    1. 0.67
    2. 1.33
    3. 2.0
    4. 3.0

    정답 1번 · 0.67

    해설 L=NΦ/I=(100×0.02)/3≈0.67H.

43. 43인덕턴스 2H인 코일에 5A의 전류가 흐를 때 저장되는 에너지는 몇 J인가? 심화
    1. 12.5
    2. 25
    3. 37.5
    4. 50

    정답 2번 · 25

    해설 W=(1/2)LI²=0.5×2×5²=25J.

44. 44권수를 2배로 늘렸을 때(다른 조건 동일) 솔레노이드의 자기인덕턴스는 몇 배가 되는가? 심화
    1. 1배
    2. 2배
    3. 4배
    4. 8배

    정답 3번 · 4배

    해설 L=μN²A/l이므로 인덕턴스는 권수의 제곱에 비례해 4배가 된다.

45. 45평균 반지름 10cm인 환상 철심에 권수 400회, 전류 2A를 흘렸을 때 철심 내부의 자계의 세기는 약 몇 A/m인가? 심화
    1. 318
    2. 637
    3. 955
    4. 1273

    정답 4번 · 1273

    해설 H=NI/(2πr)=800/(2π×0.1)≈1273A/m.

46. 46정전용량 4μF인 커패시터와 2μF인 커패시터를 직렬로 연결한 후 12V를 인가했다. 4μF 커패시터에 걸리는 전압은 몇 V인가? 심화
    1. 4
    2. 6
    3. 8
    4. 12

    정답 1번 · 4

    해설 직렬연결시 전하는 동일하다. 합성C=(4×2)/(4+2)≈1.33μF, Q=1.33×12=16μC. 4μF에 걸리는 전압=Q/C=16/4=4V.

47. 47권수비 a=N1/N2=1/2인 이상적 변압기의 1차 코일 자기인덕턴스가 8H일 때, 2차 코일의 자기인덕턴스는 몇 H인가? (완전결합 가정) 심화
    1. 16
    2. 32
    3. 48
    4. 64

    정답 2번 · 32

    해설 인덕턴스는 권수의 제곱에 비례하므로 L2=L1(N2/N1)²=8×2²=32H.

48. 48두 개의 점전하가 진공 중에서 3N의 힘으로 상호작용하고 있다. 두 전하 사이의 거리를 3배로 늘리면 작용하는 힘은 몇 N이 되는가? 심화
    1. 1
    2. 3
    3. 1/3
    4. 9

    정답 3번 · 1/3

    해설 쿨롱의 힘은 거리의 제곱에 반비례하므로 거리가 3배가 되면 힘은 1/9배가 되어 3×(1/9)=1/3N이 된다.

49. 49정전용량 6μF인 커패시터가 완전히 충전된 후 저장 전하가 300μC이었다. 이때 커패시터에 걸린 전압은 몇 V인가? 심화
    1. 20
    2. 30
    3. 40
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    정답 4번 · 50

    해설 V=Q/C=300μC/6μF=50V.

50. 50RC 직렬회로에서 커패시터가 완전히 방전된 상태에서 전압 V0를 갑자기 인가했을 때, 1시정수(τ) 후 커패시터에 걸리는 전압은 인가전압의 약 몇 %인가? 심화
    1. 63.2
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    정답 1번 · 63.2

    해설 충전 과정에서 커패시터 전압 v(t)=V0(1-e^(-t/RC))이므로 t=τ일 때 v=V0(1-e⁻¹)≈0.632V0, 즉 약 63.2%이다.