15.

16. 발전기와 모터와의 상관 관계는?

모터와 발전기 구조가 같고, 그 작용 방법이 반대이다. 모터와의 차이는 코일에 전류를 흘려 보낼뿐 아니라, 반대로 코일에 외부로부터 일을 첨가하여 회전시키는 데에 있다. 발전의 원리가 전자기유도이다. 발전기는 다른 에너지를 자기장의 변화를 매개로 하여 전기에너지로 변환하는 것이다.

발전기와 모터는 어느 쪽도 자기장을 매개로 한 에너지의 변환기라는 것을 알 수 있다.

17. 자기부상열차의 원리는?

열차가 부상해 있을 때, 만약 열차가 내려오면, 열차에 실려 있는 전자석이 형성하는 자기장이 내려온다. 그 때문에 궤도면의 코일을 통과하는 자기력선속이 증가한다. 그러면 전자기유도에 의해서 궤도면의 코일에 유도전류가 발생한다. 유도전류의 방향은 열차의 전자석을 흐르는 전류와는 반대 회전으로 되기 때문에 두 코일사이에 반발력이 작용한다. 이렇게 해서 열차가 내려가려 하는 것을 방지 할 수 있다. 반대로 열차가 부상하려 하면, 궤도면의 코일에는 반대방향으로 회전하는 유도전류가 발생하고 열차는 하향의 인력을 받는다. 이리하여 열차는 항상 적당한 높이를 유지할 수 있게 된다.

18. "우리는 한전으로부터 전기를 받고 전기료를 납부한다." 이 말의 진위를 가려라.

이 말은 틀렸다. 전류의 정체가 전자라는 것을 알고 있는 현재에도, 우리가 전력회사로 부터 받고 있는 것은 전자가 아니다. 대전류가 흐르는 송전선속에도 전자는 10센티미터 정도의 진동을 반복하고 있을 뿐이다. 따라서 우리가 전력회사로 부터 받고 있는 것은 전자가 아니라 전자의 진동에 의해서 운반되는 에너지이다.

19. 송전선은 무엇을 운반하는가? 수도관, 가스관과 비교설명하라.?

송전선은 전선을 두 개로 하여 전자의 파동으로 전기에너지를 보낸다. 수도관, 가스관은 관을 통해서 물과 가스를 이용하는데 둘다 노출이 심하다는 것이다. 그러나 송전선은 그런 문제는 생각할 필요가 없고 전기를 받아서 언제나 빛, 열, 일, 소리 등의 형태로서 이용되고 있다. 전기가 에너지의 운반꾼으로서 가장 적합한 것은 전기의 경우는 아무 것도 무거운 물질을 운반할 필요가 없다. 그리고 전기는 음성, 영상, 문장 등의 정보를 운반한다.

20. 220v에 1A의 교류가 흐른다는 것은 무엇을 의미하나? 왜 교류는 소비전력으로 표준을 잡는가?

전압, 전류의 최대값의 1/1.414의 크기를 교류의 전압, 전류의 실질적인 크기라고 약속하면 된다. 이것을 교류전압, 교류전류의 실효값이라고 부른다. 그래서 220V 에 1A 의 교류가 흐른다는 것은 실효값을 의미한다. 따라서 220V 의 교류전압이 최대값은

이고, 1 의 교류전류의 최대값은

이 된다는 것이다. 교류를 전구 등의 저항에다 흘려 보낼 때, 전류와 전압은 항상 변하고 있지만 각 순간의 전압과 전류를 곱하면 (전압과 전류의 방향이 같다.) 항상 양(+)의 값을 가진다. 그래서 전력을 표준으로 잡는다.

21. 교류와 직류 싸움에서 교류가 승리하게 된 배경은?

그 이유는 발전기가 자연적으로 교류를 발생한다는 것과 유도 모터라고 하는 뛰어난 교류모터가 있었다는 것인데 그 보다도 더 큰 이유는 교류에서는 변압이 간단하고 고전압 송전이 가능하다는 점일 것이다. 변압기(transfomer)의 원리는 페레데이가 발견한 코일과 코일사이의 전자기 유도가 그것이다.

22. 직류는 코일을 잘 통과하고 콘덴서는 통과하기 어렵다. 교류는 콘덴서를 잘 통과하고 코일을 통과하기 어렵다. 이유는?

코일에서는 직류를 잘 통과시키지만 교류를 잘 통과시키지는 않는다. 그 이유는 자기 유도라는 현상에 원인이 있다. 코일에는 전류의 변화를 방해하는 방향으로 유도 기전력이 발생하기 때문에, 코일은 교류를 통과시키기 어렵다. 이와 달리 콘덴서에서는 직류에선 통과하기 어렵다. 콘덴서와 전구를 직렬로 연결하면 이 때, 전자를 접속한 직후, 아주 짧은 시간만 전류가 흐르지만 콘덴서에 전하가 저장되면 전하는 그대로 정지상태가 되고 전류는 전혀 흐르지 않게 된다.

23. 진동회로에서 생기는 전류의 주파수는?

위의 회로에 간단하고도 중요한 특징을 배울 수 있다. 유도리액턴스 과 용량리액턴스 가 다 같이 기전력의 각진동수 의 함수이므로 임피던스 와 최대전류 도 또한 의 함수이다. 가 매우 낮은 경우 는 보다 훨씬 크므로 임피던스는 대단히 크고 전류는 작다. 위상각 는 0보다 작게 되므로 전류는 전압보다 앞서게 된다. 를 증가시킴에 따라 은 커지고 는 작아진다. 일 때 임피던스 는 최소값 R이며, 는 최대이다. 또 위상각 은 0 이므로 전류는 기전력과 같은 위상에 있게 된다. 를 더 증가시키면 은 보다 커지며 임피던스는 다시 증가하고 전류는 감소한다. 위상각은 0보다 커지며 전류는 기전력보다 뒤지게 된다. 면과 가 같을 때의 의 값은 다음과 같이 얻어진다.

24. 정상파란 무엇이며, 헤르츠는 이것을 무엇하는 데 이용했나?

정상파란 진행하지 않고 같은 장소에서 위 아래로 진동하는 파를 말한다.
정상파에서는 마루나 골은 이동하지 않고 다만 진동이 맹렬한 곳(배) 과 진동이 약한 곳(마디) 이 있을 뿐이다. 헤르츠는 전자기파의 정상파를 만들어서 그것을 관측하려 했다. 마디와 마디의 거리는 반파장으로 되어있다. 따라서 마디의 거리를 측정하면 전자기파의 파장을 알 수 있다.
파동의 속도 = 파장 * 주파수 (1개의 파동의 길이 * 1초간에 통과하는 파동의 갯수)
그래서, 전자기파의 속도를 실험으로 확인할 수 있었다.

25. 빛, 전파 그리고 전자기파란 무엇인가?

전자기파는 모든 파장의 전자기장의 파동을 가리킨다. 한편 전파라는 말은 보통 전자기파중의 파장이 길고, 통신에 사용되는 부분의 호칭으로서 그 범위는 파장이 0.1밀리미터까지 해당한다.
빛과 눈에 보이지 않는 전파와는 파장이 다르다. 빛은 전자기파의 일종이기는 하지만 통신 등에 사용되는 전파에 비교하면 훨씬 파장이 짧다.

26. 헤르츠가 실험한 두 금속구사이에서 어떻게 전파가 복사되는가?

헤르츠의 발신 장치의 핵심은 2개의 금속구를 접근시켜 두고, 그 금속구의 전기량을 번갈아 가 면서 변화시키는 데 있다. 금속구의 전기량을 번갈아 가면서 변화시키기 위해서는 진동회로가 만드는 교류가 이용되고 있다. 금속구로 드나드는 전자의 가속도 운동이 전자기파의 원인이 된다.

27. 전자렌지의 원리는?

전자레인지 속에는 마그네트론이라고 하는 전자기파의 발진기가 들어 있어서, 거기서부터 파장 약 1.2 센티미터의 마이크로파라고 불리는 전자기파가 나온다. 전자렌지 속에 식품을 넣으면, 식품 속의 분자는 마이크로파의 맹렬하게 진동하는 전기장에 드나들게 된다. 전기장속에는 분자가 두어지면 분극이 일어난다. 더욱이 식품중의 물의 분자는 자연 상태로서 분극이 있어서, 마이크로파의 전기장의 방향이 맹렬하게 변동하는 데에 공진하여 진동한다. 이 때문에 식품 속의 분자가 맹렬하게 운동한다. 이 분자의 운동이 열이며, 운동이 맹렬해질수록 식품의 온도가 상승하게 되는 것이다. 이리하여 식품은 내부로 부터 데워지게 되는 것이다.

28. AM과 FM의 차이점은?

AM 이란 진폭 변조라는 뜻으로서, 최초의 라디오 방송은 이 방식으로 시작되었다. AM 방식에선 음성신호를 일정한 주파수의 파동과 합성하여 진폭을 크게 또는 작게 하여 준다. 이리하여 진폭에 주어진 음성정보를 수신기로 끌어낸다. 주파수는 530∼1600kHz 로 되어 있다. 이 전파의 파장은 570∼790미터 정도로 꽤나 길다. 한편, FM 이라는 것은 주파수 변조를 말한다. FM 방식에선 음성정보를 전자기파의 주파수의 변화로서 표현한다. FM 방송은 AM 에 비해서 잡음이 적다. 전파의 주파수는 76∼90MHz 로 되어 있다. 파장은 4∼3.3미터로 상당히 짧아진다.

29. KBS 디지털 위성방송 송출과 수신과정을 설명하라.

송출은 PCM 방식에서는 음성신호를 일정한 시간 간격마다 정수값으로서 판독한다. 그런 다음 이 정수값을 십진법의 수치로 부터 이진법의 수치로 변환한다. 이렇게하여 음성정보는 최종적으로는 이진수, 즉 0과 1의 숫자의 행렬로 된다. 이 같은 숫자의 행렬은 콤팩트 디스크의 들쭉날쭉이나 자기테이프의 N극 S극의 형태로서 보존할 수 있다. 수신과정에서는 두 가지가 있는데 하나는 PCM 방식으로 보내지는 신호는 0과 1의 두 종류밖에 없다는 점이다. 그래서 0과 1의 신호가 잡음에 의해서 바뀌더라도 수신쪽에서는 정확히 읽을 수 있다는 것이다. 또 하나는 오류 제어 방식이 있는데, PCM 방식에서는 정보를 전달하는 도중에서 정보의 탈락이 일어나더라도, 수신쪽에는 이것을 정정하여 정확한 정보를 되돌려 놓는 요술과 같은 일을 말한다.

30. 반파장 안테나의 작동원리는 무엇인가?

반파장 안테나의 특징은 이름 그대로 안테나의 길이를, 복사하고자 하는 전자기파의 파장의 절반으로 한 데에 있다. 반파장으로 되어 있는 것은 안테나를 흐르는 진동 전류, 즉 전자의 진동이 정상파를 만들게 하기 위한 것이다. 헤르츠의 실험 때에 설명한 정상파 이야기를 상기해 주기 바란다. 정상파1개의 길이는 파장의 절반이 되기 때문에, 반파장의 안테나에 딱 전류1개의 정상파가 만들어진다. 짧은 안테나일수록 파장이 짧은 정상파가 만들어지기 때문에 단파장의 전자기파를 복사한다.