고등 통합과학 발전기의 원리 예상문제

발전기의 원리
{유형 분석}
이 문항은 자석과 코일 사이의 상대 운동에 의해 코일을 지나는 자기력선속이 변하면서 유도 전류가 발생하는 전자기 유도 현상과, 이를 이용한 발전기의 원리를 이해하고 있는지를 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
자석을 코일 속으로 넣었다 뺐다 하면 코일을 지나는 자기력선속이 시간에 따라 변하고, 이에 따라 코일에 유도 기전력이 발생하여 검류계에 전류가 흐른다. 이는 발전기가 전기 에너지를 생산하는 기본 원리와 같다.
{정답 찾기}
① 유도 전류의 세기는 자석의 운동(속력)에 따라 달라지므로 옳지 않다.
② 자석의 운동 속력이 빠를수록 단위 시간당 자기력선속의 변화량이 커지므로 유도 기전력과 유도 전류의 세기가 커진다. (O)
③ 자석이 코일 속에서 정지해 있으면 자기력선속의 변화가 없으므로 유도 전류가 흐르지 않는다.
④ 코일의 감은 수가 많을수록 유도 기전력이 커지므로 감은 수를 줄이면 유도 기전력은 작아진다.
⑤ 화력 발전소를 포함한 대부분의 발전소는 터빈을 회전시켜 전자기 유도 현상으로 전기를 생산한다.
{오답 피하기}
유도 전류의 세기는 자기력선속의 변화가 빠를수록, 코일의 감은 수가 많을수록 커진다는 점을 함께 기억해야 한다.

[최종 정답]
정답은 2번 「자석을 더 빠르게 움직일수록 코일을 지나는 자기력선속의 변화가 빨라져 유도 전류의 세기가 커진다.」이다.

발전기의 원리
{유형 분석}
전자기 유도 현상을 이용하여 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기의 원리를 이해하는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
자석 사이에서 코일이 회전하면 코일을 통과하는 자기장의 방향과 세기가 계속 변하면서 코일에 유도 기전력이 발생하여 유도 전류가 흐른다. 발전기는 외부에서 코일을 회전시키는 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이다.
{정답 찾기}
ㄱ. 코일의 회전으로 자기장이 변하여 유도 전류가 발생하므로 옳다. (O)
ㄴ. 발전기는 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이므로, 전기 에너지를 역학적 에너지로 전환한다는 설명은 반대로 서술되어 틀리다. (X)
ㄷ. 회전 속도가 빠를수록 자기장의 변화가 빨라져 유도 전류의 세기가 커지므로 옳다. (O)
{오답 피하기}
전기 에너지를 역학적 에너지로 전환하는 장치는 발전기가 아니라 전동기(모터)이다. 발전기와 전동기의 에너지 전환 방향을 혼동하지 않도록 한다.

[최종 정답]
정답은 1번 「ㄱ, ㄷ」이다.

환경과 에너지 - 발전기의 원리
{유형 분석}
자석 사이에서 코일이 회전할 때 전자기 유도에 의해 전류가 발생하는 발전기의 원리를 이해하는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
코일이 자기장 속에서 회전하면 코일을 통과하는 자기 선속이 주기적으로 변하고, 이 변화에 의해 코일에 유도 기전력과 유도 전류가 발생한다. 발전기는 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이다.
{정답 찾기}
① 코일의 회전 속력이 빠를수록 자기 선속의 시간적 변화율이 커져 유도 기전력의 크기가 커진다. (O)
② 코일이 회전하는 동안 자기 선속은 주기적으로 변하며 일정하게 유지되지 않는다. (X)
③ 발전기는 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이다. 반대로 서술되었다. (X)
④ 코일이 반 바퀴씩 회전할 때마다 유도 전류의 방향이 바뀌므로 전류의 방향은 일정하지 않다. (X)
⑤ 발전기는 전자기 유도 현상을 이용해 전류를 발생시키는 장치이다. (X)
{오답 피하기}
발전기에서 발생하는 전류는 방향이 주기적으로 바뀌는 교류(AC)임을 함께 기억해 둔다.

[최종 정답]
정답은 1번 「코일의 회전 속력이 빠를수록 발생하는 유도 기전력의 크기는 커진다.」이다.

환경과 에너지 - 발전기의 원리
{유형 분석}
자석 사이에서 코일이 회전할 때 전자기 유도에 의해 전류가 발생하는 발전기의 원리를 이해하는 문항이다.
{자료 분석}
발전기는 외부에서 코일을 회전시키는 역학적 에너지를 공급하면, 코일을 통과하는 자기 선속이 주기적으로 변하면서 전자기 유도에 의해 유도 기전력과 유도 전류가 발생하는 장치이다. 코일의 감은 수가 많을수록, 자석의 세기가 클수록, 코일의 회전 속력이 빠를수록 자기 선속의 변화율이 커져 유도되는 기전력과 전류의 세기가 커진다.
{정답 찾기}
① 발전기는 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이므로 옳지 않다.
② 코일이 회전하면 코일 면과 자기장이 이루는 각이 계속 변하여 자기 선속이 주기적으로 변하므로 옳지 않다.
③ 코일의 감은 수를 줄이면 유도 기전력은 오히려 작아지므로 옳지 않다.
④ 회전 속력이 빠를수록 자기 선속의 변화율이 커져 유도 전류의 세기가 커지므로 옳다.
⑤ 코일이 일정한 방향으로 회전하는 일반적인 발전기에서는 전류의 방향이 주기적으로 바뀌는 교류가 발생하므로 옳지 않다.
{오답 피하기}
발전기는 전동기와 반대로 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치임을 구분해야 한다.

[최종 정답]
정답은 4번 「코일의 회전 속력이 빠를수록 유도되는 전류의 세기는 커진다.」이다.

환경과 에너지 - 발전기의 원리
{유형 분석}
발전기가 전자기 유도 현상을 이용해 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 원리와, 유도 기전력의 크기에 영향을 미치는 요인을 이해하는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
발전기는 자석 또는 코일을 회전시켜 코일을 통과하는 자기선속을 지속적으로 변화시킴으로써 전자기 유도에 의해 유도 전류(교류)를 발생시키는 장치이다.
{정답 찾기}
① 발전기의 원리에 대한 옳은 설명이다.
② 코일이 회전하는 동안 자기선속의 변화 방향이 주기적으로 바뀌므로 유도 전류의 방향도 주기적으로 바뀐다(교류). 따라서 옳지 않다.
③ 발전기는 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이므로 옳지 않다.
④ 코일의 회전 속도가 빠를수록 자기선속의 변화율이 커져 유도 기전력이 커지므로, 회전 속도를 느리게 하면 기전력은 오히려 작아진다. 따라서 옳지 않다.
⑤ 유도 전류는 자기장(자기선속)의 변화가 있을 때 발생하므로 옳지 않다.
{오답 피하기}
전동기(전기 에너지 → 역학적 에너지)와 발전기(역학적 에너지 → 전기 에너지)의 에너지 전환 방향을 혼동하지 않아야 한다.

[최종 정답]
정답은 1번 「발전기 내부의 자석 또는 코일을 회전시켜 코일을 통과하는 자기선속을 변화시킴으로써 유도 전류를 발생시킨다.」이다.