9급 지방직 공무원 전기이론 필기 기출문제복원 (2009-05-23)

9급 지방직 공무원 전기이론
(2009-05-23 기출문제)

목록

1. 다음 회로에서 3 [Ω]의 저항에 흐르는 전류[A]와 소모되는 전력[W]은?

  1. 1, 3
  2. 2, 12
  3. 4, 12
  4. 4, 48
(정답률: 93%)
  • 회로 전체의 전압은 12V이다. 따라서 3 [Ω]의 저항에 흐르는 전류는 오옴의 법칙에 따라 4A이다. 이에 따라 소모되는 전력은 전류의 제곱에 저항을 곱한 값으로 계산할 수 있으므로 4^2 x 3 = 48W이다. 따라서 정답은 "2, 12"이다.
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2. 다음 회로에서 v2=3i2 이고, i2=9A 일 때 vs [V]는?

  1. 3
  2. －3
  3. 1
  4. －2
(정답률: 80%)
  • 오른쪽 끝 노드와 왼쪽 끝 노드의 전위차이는 vs 이다.
    왼쪽 끝 노드에서 오른쪽 끝 노드로 가는 경로는 i1과 i2를 통해 이루어진다.
    따라서, vs=v1+v2=2i1-3i2=2i1-27
    i2=9A 이므로, v2=3i2=27V 이다.
    따라서, vs=2i1-27=2(i2/3)-27=2(9/3)-27=-3 이다.
    따라서, 정답은 "－3" 이다.
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3. 다음 회로에서 VTh=12∠0° 이고 ZTh=600+j150[Ω]이다. 부하 임피던스 ZL에 전달 가능한 최대전력[W]은?

  1. 0.06
  2. 0.08
  3. 1.00
  4. 1.02
(정답률: 90%)
  • 주어진 회로는 Thévenin 등가 회로로 대체할 수 있으므로, 부하 임피던스 ZL에 전달 가능한 최대전력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Pmax = |VTh|² / 4Re(ZTh+ZL)²

    여기서, |VTh|² = 12² = 144, Re(ZTh+ZL) = Re(600+j150+100j) = 600 Ω, 따라서

    Pmax = 144 / 4(600+100)² = 0.06 [W]

    따라서 정답은 "0.06"이다.
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4. 다음 회로에서 전류 I1[A]과 I2[A]는?

  1. I1[A]: 4, I2[A]: 3
  2. I1[A]: 4, I2[A]: 2
  3. I1[A]: 3, I2[A]: 1
  4. I1[A]: 2, I2[A]: 1
(정답률: 73%)
  • 전류의 연속성 법칙에 따라 I1+I2=3이 성립합니다. 또한, 전압의 연속성 법칙에 따라 2I1+4I2=12이 성립합니다. 이 두 식을 풀면 I1=2, I2=1이 됩니다. 따라서 정답은 "I1[A]: 2, I2[A]: 1"입니다.
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5. 다음 그림과 같은 환상솔레노이드에 있어서 r은 20 [cm], 권선 수는 50, 전류는 4 [A]일 때, 솔레노이드 내부 자계의 세기[AT/m]는?

  1. 0.8
  2. 1.59
  3. 80
  4. 159
(정답률: 77%)
  • 솔레노이드 내부 자계의 세기는 다음과 같이 구할 수 있다.

    B = μ0 * n * I

    여기서 B는 자기장의 세기, μ0는 자유공간의 유도율(4π × 10^-7), n은 권선 수, I는 전류이다.

    따라서,

    B = 4π × 10^-7 * 50 * 4 / (2 * 0.2) = 159 [AT/m]

    따라서 정답은 "159"이다.
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6. 다음 그림과 같이 균등자속밀도 1 [wb/m2] 상태에 놓여 있는 길이 0.1 [m]인 슬라이딩바(sliding bar)의 이동거리가 X=10√2sin(10t)[m]일 때, 폐회로 양단에 유기되는 전압 E의 최대값[V]은?

  1. √2
  2. 5√2
  3. 10√2
  4. 100√2
(정답률: 50%)
  • 슬라이딩바의 이동거리 X는 시간 t에 대한 함수로 주어져 있으므로, 이를 시간에 대한 함수로 변환하여 전압 E를 구할 수 있다. 전압 E는 전기장과 회로의 저항에 의해 결정되므로, 슬라이딩바의 위치에 따라 전기장이 변하게 된다.

    전기장 E는 전압 V와 길이 L에 대한 비례식 E=V/L에 따라 결정된다. 따라서, 슬라이딩바의 위치에 따른 전기장은 E = V/(0.1) = 10V/X 이다. 이를 X에 대한 함수로 변환하면 E = 10V/(10√2sin(10t)) = √2V/sin(10t) 이다.

    sin 함수의 최대값은 1이므로, 전압 E의 최대값은 √2V가 된다. 따라서, 폐회로 양단에 유기되는 전압 E의 최대값은 10√2V가 된다.
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7. 자속밀도가 0.01 [wb/cm2]인 자장 속에서 전하량 10 [C]을 갖는 전하가 자속의 방향과 수직으로 10 [cm/s]의 속도로 움직일 때 이 전하가 받는 힘[N]은?

  1. 0.1
  2. 1
  3. 10
  4. 100
(정답률: 32%)
  • 본 해설은 신고처리되어 블라인드 되었습니다.
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    단위변환 하면 F=qvb 해서. F=10*0.1*0.01*10의4승 해소 100N 같습니다.
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8. 내전압이 모두 같고 정전용량의 크기가 각각 0.01 [F], 0.02 [F], 0.04 [F]인 3개의 콘덴서를 직렬 연결하였다. 이 직렬회로 양단에 인가되는 전압을 서서히 증가시켰을 때 제일 먼저 파괴되는 콘덴서는?

  1. 0.01 [F] 콘덴서
  2. 0.02 [F] 콘덴서
  3. 0.04 [F] 콘덴서
  4. 세 콘덴서 모두 동시에 파괴됨
(정답률: 90%)
  • 직렬 연결된 콘덴서의 전하는 같으므로, 전압이 가장 낮은 콘덴서에 가장 많은 전하가 축적된다. 따라서, 전압이 증가하면서 가장 먼저 파괴되는 콘덴서는 용량이 가장 작은 0.01 [F] 콘덴서이다.
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9. 정전계 문제를 수리물리적으로 계산하고 분석할 때, 전계 E[Vm], 전압 V[V], 전속밀도  [C/m2], 분극의 세기 P, 유전율 ε0등으로 정의한다. 다음 중 옳지 않은 것은?

  1. P=D-ε0E
  2. ∇2V=-p/ε0
  3. E=-∇V
  4. ∇E=0
(정답률: 71%)
  • "∇E=0"이 옳지 않은 것이다. 이는 전기장의 발산이 0이라는 것을 의미하는데, 일반적으로는 전기장이 발산하는 경우가 많다. 따라서 이 보기는 옳지 않다.

    ∇E=0인 이유는 전기장 E가 일정한 방향으로 유지되기 때문이다. 전기장은 전하에 의해 생성되며, 전하가 존재하지 않는 곳에서는 전기장도 존재하지 않는다. 따라서 전기장은 전하가 존재하는 곳에서만 발생하며, 전하의 분포에 따라 방향과 세기가 달라질 수 있다. 그러나 전기장의 발산은 언제나 0이 아닐 수 있다.
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10. 다음 그림과 같은 T형 4단자망 회로에서 4단자 정수 A와 C를 나타낸 것으로 옳은 것은?

  1. A=1+Z1/Z2, C=1/Z2
  2. A=1+Z1/Z3, C=1/Z3
  3. A=1+Z2/Z1, C=1/Z2
  4. A=1+Z1/Z2, C=1/Z3
(정답률: 72%)
  • 정답은 "A=1+Z1/Z2, C=1/Z2"입니다.

    T형 4단자망 회로에서 A는 전압증폭기의 입력 임피던스, C는 출력 임피던스를 나타냅니다. 이 회로에서는 Z1과 Z2가 직렬로 연결되어 있으므로, 전체 임피던스는 Z1+Z2입니다. 따라서 A는 1+Z1/Z2로 나타낼 수 있습니다.

    또한, 출력 임피던스 C는 Z2와 같습니다. 이는 출력 전압이 Z2에 의해 결정되기 때문입니다. 따라서 C는 1/Z2로 나타낼 수 있습니다.
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11. 다음과 같이 a, b 사이에 연결된 부하의 역률(power factor)의 크기 및 위상 상태를 나타낸 것으로 옳은 것은?

  1. 0.707, 지상
  2. 0.866, 진상
  3. 0.707, 진상
  4. 0.866, 지상
(정답률: 67%)
  • 주어진 그림에서 a, b 사이의 부하는 저항(R)과 인덕턴스(L)로 이루어져 있으므로 전압과 전류의 위상 차이가 발생한다. 이러한 위상 차이로 인해 부하의 역률은 cos(θ)로 표현되며, θ는 전압과 전류의 위상 차이를 의미한다.

    여기서 cos(θ)는 0.707이다. 이는 a, b 사이의 부하가 저항과 인덕턴스로 이루어져 있기 때문에 발생하는 역률의 크기이다.

    또한, 부하의 역률이 0.707이므로 부하는 진상이다. 이는 부하의 전압과 전류의 위상 차이가 45도(π/4)이기 때문이다.

    따라서 정답은 "0.707, 진상"이다.
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12. R－L 직렬회로의 양단에 t＝0인 순간에 직류전압 E [V]를 인가하였다. t초 후 상태에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, L의 초기전류는 0이다)

  1. 회로의 시정수는 전원 인가 시간 t와는 무관하게 일정하다.
  2. t가 무한한 경우에 저항 R의 단자전압 vR(t)은 E로 수렴한다.
  3. 회로의 전류 이다.
  4. 인덕턴스 L의 단자전압 이다.
(정답률: 71%)
  • 인덕턴스 L의 단자전압 이다. - L에 인가된 전압은 직류전압이므로 시간에 따라 변하지 않는다. 따라서 L의 단자전압도 시간에 따라 변하지 않는다.

    회로의 전류 이다. - R과 L이 직렬로 연결되어 있으므로 전류는 R과 L을 통과할 때 동일하다. 따라서 전류는 시간에 따라 변하지 않는다.

    회로의 시정수는 전원 인가 시간 t와는 무관하게 일정하다. - 시정수는 R과 L의 값에 의해 결정되며, 시간에 따라 변하지 않는다.

    t가 무한한 경우에 저항 R의 단자전압 vR(t)은 E로 수렴한다. - 시간이 무한히 지나면 L에 저장된 에너지는 모두 소진되어 전류가 0이 되므로, R의 단자전압은 E와 같아진다. 하지만 t가 무한히 커지기 전에도 R의 단자전압은 이미 E에 근접한 값이 되어있을 것이다. 따라서 이 설명은 옳다.
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13. 코일과 콘덴서에서 급격히 변화할 수 없는 물리량으로 짝지어진 것으로 옳은 것은?

  1. 코일 : 전압, 콘덴서 : 전류
  2. 코일 : 전류, 콘덴서 : 전압
  3. 코일 : 전압, 콘덴서 : 전압
  4. 코일 : 전류, 콘덴서 : 전류
(정답률: 91%)
  • 코일은 전류가 흐를 때 자기장을 생성하고, 콘덴서는 전압이 인가될 때 전하를 저장합니다. 따라서 코일은 전류와 짝지어지고, 콘덴서는 전압과 짝지어집니다. 이들은 각각의 물리량이 급격히 변화할 수 없는 특성을 가지고 있습니다. 코일은 자기장이 생성되는데 시간이 걸리고, 콘덴서는 전하가 축적되는데 시간이 걸리기 때문입니다.
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14. 다음 회로에서 내부저항 0.5 [Ω]인 전류계를 단자 a, b사이에 직렬로 접속하였을 때, 그 지시 값이 7.477 [A]였다고 하면 전류계를 접속하기 전에 단자 a, b 사이에 흐른 전류[A]는? (단, 전류값[A]은 소수 둘째 자리에서 반올림 하시오)

  1. 7.5
  2. 8.0
  3. 8.5
  4. 9.0
(정답률: 35%)
  • 전류계가 직렬로 접속되어 있으므로, 전류계를 통과하는 전류와 단자 a, b 사이를 흐르는 전류는 같다. 따라서, 단자 a, b 사이를 흐르는 전류는 7.477 [A]이다. 전압은 10 [V]이므로, 오옴의 법칙에 의해 단자 a, b 사이를 흐르는 전류는 10 [V] / 0.5 [Ω] = 20 [A]이다. 따라서, 정답은 20 [A]를 소수 둘째 자리에서 반올림한 20.00 [A]에서 전류계의 지시 값인 7.477 [A]을 나눈 값인 8.00 [A]이다.
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15. 단상 변압기 3대를 △결선으로 운전하던 중 변압기 1대의 고장으로 V결선으로 운전하게 되었다. 이때 V결선의 출력은 고장 전 △결선 출력의 ( ㉠ )%로 감소되며, 동시에 출력에 대한 용량 즉, 변압기 이용률은 ( ㉡ )%가 된다. ㉠과 ㉡의 값으로 옳은 것은?

  1. ㉠ 86.6, ㉡ 57.7
  2. ㉠ 57.7, ㉡ 86.6
  3. ㉠ 173.2, ㉡ 57.7
  4. ㉠ 50, ㉡ 66.7
(정답률: 91%)
  • 변압기 3대를 △결선으로 운전할 때, 각 변압기의 출력은 전체 출력의 1/3이다. 따라서 고장 전 △결선 출력은 3배가 된다.

    고장으로 인해 V결선으로 운전하면, V결선의 출력은 △결선 출력의 루트3배가 된다. 따라서 V결선의 출력은 고장 전 △결선 출력의 루트3/3이 된다.

    용량 즉, 변압기 이용률은 출력/용량으로 계산할 수 있다. 변압기 이용률은 변압기의 출력과 용량이 같을 때 100%가 된다. 따라서 V결선의 출력이 고장 전 △결선 출력의 루트3/3이므로, 변압기 이용률은 루트3/3*100 = 57.7%가 된다.

    따라서 정답은 "㉠ 57.7, ㉡ 86.6"이다.
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16. 다음 그림과 같이 평형 3상 R－C 부하에 교류전압을 인가할 때, 부하의 역률은?

  1. 1
  2. 0.96
  3. 0.8
  4. 0.6
(정답률: 44%)
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17. 대칭좌표법에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 대칭 3상 전압에서 영상분은 0이 된다.
  2. 대칭 3상 전압은 정상분만 존재한다.
  3. 불평형 3상 회로의 접지식 회로에서는 영상분이 존재한다.
  4. 불평형 3상 회로의 비접지식 회로에서는 영상분이 존재한다.
(정답률: 67%)
  • "불평형 3상 회로의 비접지식 회로에서는 영상분이 존재한다."가 옳지 않은 설명입니다. 이유는 대칭좌표법에서 불평형 3상 회로의 비접지식 회로에서는 영상분이 존재하지 않기 때문입니다. 영상분은 접지식 회로에서만 발생하며, 비접지식 회로에서는 발생하지 않습니다.
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18. 다음의 회로는 스위치 K가 열린 위치에서 정상상태에 있었다. t＝0에서 스위치를 닫은 직후에 전류 i(0+) [A]는?

  1. 0.5
  2. 1
  3. 0.2
  4. 0
(정답률: 52%)
  • 스위치 K가 열린 상태에서는 전기회로가 닫혀있지 않으므로 전류가 흐르지 않습니다. 따라서 t=0에서 스위치를 닫은 직후에도 전류는 흐르지 않습니다. 따라서 i(0+)는 0입니다. 따라서 정답은 "0"이어야 합니다.
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19. 다음과 같이 정상상태로 있던 회로에 t＝0에서 스위치(sw)를 닫았다. 이 때, 이 회로의 전류 isw와 iL의 응답상태로 옳은 것은?

(정답률: 48%)
  • 스위치가 닫히면, 전압이 갑자기 인가되어 인덕턴스에 전류가 흐르기 시작한다. 이 때, 인덕턴스는 전류의 변화를 막으려는 성질을 가지고 있기 때문에, 전류가 급격하게 증가하려고 하면서 인덕턴스에 저장된 에너지를 방출하게 된다. 이로 인해, iL은 초기에는 급격하게 증가하다가, 시간이 지남에 따라 감소하게 된다. 이와 동시에, isw는 초기에는 0이었지만, iL이 감소하면서 증가하게 된다. 따라서, 정답은 ""이다.
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20. 다음과 같이 왜형파 전압 v(t)=100sin(wt)+30sin(3wt-60°)+20sin(5wt-150°) 를 저항 R에 인가할 때, 이 저항에서 소모되는 전력[W]은?

  1. 2,250
  2. 1,130
  3. 1,000
  4. 565
(정답률: 64%)
  • 주어진 왜형파 전압 v(t)는 세 개의 사인 함수의 합으로 이루어져 있다. 이를 푸리에 급수 전개하여 각 주파수 성분의 진폭과 위상을 구하면 다음과 같다.

    v(t) = 100sin(wt) + 30sin(3wt-60°) + 20sin(5wt-150°)
    = 100sin(wt) + 15sin(3wt)cos(60°) - 15cos(3wt)sin(60°) + 10sin(5wt)cos(150°) - 10cos(5wt)sin(150°)
    = 100sin(wt) + 7.5sin(3wt) - 12.99cos(3wt) + 8.66sin(5wt) + 5sin(5wt)
    = 100sin(wt) + 7.5sin(3wt) - 12.99cos(3wt) + 13.66sin(5wt)

    따라서, 이 전압을 저항 R에 인가할 때, 저항에서 소모되는 전력은 다음과 같다.

    P = (1/2)R(100^2 + 7.5^2 + 12.99^2 + 13.66^2)
    = 565W

    따라서, 정답은 "565"이다.
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