담당교사 : 조찬호 예산전자공업고등학교 컴퓨터전자과 고등학교 전기회로 Ⅰ. 전기와 자기 1. 정전기 현상 담당교사 : 조찬호 예산전자공업고등학교 컴퓨터전자과

1. 정전기현상 1. 물질의 구조 < 학습목표 > ▶전기의 발전과정을 이해할 수 있다. (1) 전기의 역사 1. 정전기현상 1. 물질의 구조 (1) 전기의 역사    ․ 탈레스 : 호박을 문지르면 먼지나 깃털을 끌어당기는 현상 발견 (BC600년경)    ․ 길버트 : 마찰 전기에는 두 종류가 있고 지구가 하나의 큰 자석이라는 것을 발견(1600년경 )    ․ 프랭클린 : 번개와 전기의 방전은 동일하고 전기를 많이 가진 물체가 작게 가진 물체에 접근하면 방전이 일어나는 현상을 증명(1752년) 피뢰침 발명, 양전기, 음전기, 전지, 도체 등의 용어를 명명함   ․ 쿨롱 : 양전기와 음전기 사이에 힘이 작용한다(1785년)

   ․ 볼타 : 볼타 전지 발명(1800년)    ․ 외르스테드, 앙페르 : 전류가 자기를 발생한다(1820년 경)    ․ 옴 : 옴의 법칙 발견 (1827년) ․ 페러데이 : 전자유도 법칙 발견(자기가 전기를 유도한다) (1831년)    ․ 줄 : 줄의 법칙 발견    ․ 키르히호프 : 키르히호프 법칙 발견    ․ 맥스웰 : 자기학의 일반 이론 확립 , 전자기파 예언(1864년)    ․ 헤르츠 : 전자기파를 실험적으로 확인(1887년)    ․ 마르코니 : 대서양 횡단 라디오 신호 전송 성공(1901년)    ․ 크룩스 : 음극선관 발명(1869년)    ․ 톰슨 : 전자의 질량과 전하량의 관계를 측정(1897년)

이 름 활동기간 업 적 단 위 탈레스(Thales) 636-546 B.C. 전기와 자기의 개척자   길버트(Gilbert,W.) 1544-1603 . 지구가 거대한 자석임을 확인 길버트[Gb] 뉴턴(Newton,I) 1642-1727 운동 법칙과 만유 인력을 공식화 뉴턴[N] 프랭클린(Franklin,B.) 1706-1790 전하의 보존 법칙 발견 쿨롱(Coulomb, C.A) 1736-1806 전기력과 자기력 측정 쿨롬[C] 와트(Watt,J.) 1736-1819 증기력의 응용 분야를 개척 와트[W] 가우스(Gauss,K.F.) 1771-1855 전속에 대한 발산 정리 발표 가우스[G] 볼타(Volta,A.) 1745-1827 볼타 전지 발명 볼트[V] 외르스테드(Oersted,H.C) 1777-1851 전기가 자기를 생성함을 발견 에르스텟[Oe] 앙페르(Ampere,A.M.) 1775-1836 솔레노이드 발명 암페어[A] 헨리(Henry,J.) 1797-1878 전자 유도 실험, 전신기와 중계장치 발명 헨리[H]

이 름 활동기간 업 적 단 위 옴 (Ohm,G.S.) 1787-1854 옴의 법칙을 세움. 옴[Ω] 패러데이(Faraday,M.) 1791-1867 자기가 전기를 생성함을 입증 패럿[F] 웨버 (Weber,W.E.) 1804-1891 지구 자기에 대한 선구적인 연구 웨버[Wb] 줄(Joule,J.P.) 1818-1889 열이 전류의 제곱에 비례함을 입증 줄[J] 맥스웰 (Maxwell,J.C.) 1831-1879 전자기학의 일반 이론을 세움 맥스웰[Mx] 헤르츠 (Hertz,H.R) 1857-1894 라디오 전파의 송신 및 수신 실험 헤르츠[Hz] 마르코니(Marconi,G.) 1874-1937 대서양을 횡단하여 라디오 신호를 전송   에디슨(Edison,T.A.) 1847-1931 백열 전구 발명, 최초의 발전소를 세움 테슬라(Tesla.N.) 1857-1943 전력을 교루 송전함, 유도 전동기를 발명 테슬라[T] 아인슈타인(Einstein,A.) 1879-1955 상대성 이론으로 맥스웰 방정식을 일반화

< 학습목표 > ▶원자와 분자의 구성원리를 이해한다. ▶물질의 구성과 원리를 이해한다. (2) 원자와 분자 (2) 원자와 분자 ․ 원자 :   원소의 화학적 상태를 특징짓는 최소 단위 ․ 원자가 전자 : 가장 바깥쪽 궤도를 돌고 있는 전자의 수 ․ 자유전자 : 외부의 자극에 의해 궤도를 이탈한 전자 ․ 전자의 전하량 = 1.60219 × 10-19 [C] 원자핵 중성자 양성자 전 자 ․ 분자 :   물질의 성질을 가진 최소 단위 원자 -> 분자 -> 물질

. 도체 : 전기를 운반하는 짐꾼(반송자,캐리어)인 자유전자가 많음 (3) 도체와 부도체 . 도체 : 전기를 운반하는 짐꾼(반송자,캐리어)인 자유전자가 많음 . 부도체 : 원자핵과 전자의 결합력이 강하여 자신의 궤도에 머물러 이동하지 못하여 전류가 흐르지 못함. . 유전체 : 절연체 중에서 플라스틱, 고무, 종이, 운모 등과 같이 전기적으로 분극현상이 나타내는 물체. . 반도체 : 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 셀렌(Se) 등 . 분극현상 : 유전체에 전기장을 가하면 전자가 전기장의 방향으로 양(+)전하, 그 반대쪽으로 음(-)전하가 대전되는 현상 원자핵 원자핵

2. 단위계와 10진 표기 < 학습목표 > ▶올바른 단위 사용법을 안다. (1) 국제 단위계(SI) 2. 단위계와 10진 표기 (1) 국제 단위계(SI) MKS 단위계의 기본 단위 물리량 단위 단의의 약자 길  이 미터(Meter) m 시  간 초(Second) s 전  류 암페어(Ampere) A 열역학적 온도 켈빈온도(Kelvin) K 물질량 몰(Mol) mol 광  도 칸델라(Candela) cd 질  량 킬로그램(Kilogram) Kg SI의 보조 단위 물리량 단위 단의의 약자 평면각 라디안(Radian) rad 입체각 스테라이안(Steradian) Sr

(2) 미터법 접두어 미터법 접두어 접두어 약자 읽 기 수 값 exa peta tera giga mega kilo hecto deka deci centi milli micro nano pico femto atto E P T G M k h da d c m μ n p f a 엑사 페타 테라 기가 메가 킬로 헥토 데카 데시 센티 밀리 마이크로 나노 피코 펨토 아토 1018 1015 1012 109 106 103 102 101 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18

3. 정전기 현상 < 학습목표 > ▶정전기의 원리와 특징을 이해한다. 3. 정전기 현상  ․ 정전기 : 연속적으로 흐르지 않는 상태의 전기  ․ 동전기 : 연속적으로 흐르는 전기 ▲ 정전기의 발생 과정

(1) 정전기의 특징 󰊱 전하와 전기력            ․ 대전 : 물체가 전기를 띠는 현상      ․ 대전체 : 대전된 물체      ․ 전하 : 대전에 의해 물체가 띠고 있는 전기(단위로 쿨롱[C]을 사용)      ․ 전기량 : 대전체가 띠고 있는 전기의 양 (=전하량)      ․ 전기력 : 전하를 띤 두 물체에 작용하는 힘      ․ 전기장 : 전하 주위에 생기는 장(field)      ․ 전기력(정전기력) : 두  전하 사이에 작용하는 힘   ○ 쿨롱의 법칙       ․ 다른 종류의 전하끼리는 흡인력이 작용       ․ 같은 종류의 전하 사이에는 반발력이 작용

r r 유전율 : 두 반대 전하 사이에 들어가 그들 간에 작용하는 전기장의 세기를 얼마나 약하게 하는 정도를 나타내는 비율 +Q1 -Q2 +Q1 +Q2 흡 인 반 발 r r 유전율 : 두 반대 전하 사이에 들어가 그들 간에 작용하는 전기장의 세기를 얼마나 약하게 하는 정도를 나타내는 비율

󰊱 전하의 성질  ⓐ 같은 전하끼리는 반발하고 다른 전하끼리는 흡인 ⓑ 전하는 가장 안전한 상태를 유지하려고 함 (비대칭 전하의 중화) ⓒ 정전유도 현상 ⓓ 접지 : 대전체를 지구와 연결하면 대전체의 전하가 지구에 고루 퍼질 때까지 흐른다. 이를 이용한 것이 접지이다. ▲정전 유도현상 ▲도체와 부도체의 정전유도

(2) 정전기의 피해와 활용    ○ 발생원인 : 물체끼리의 접촉, 마찰, 회전, 분리, 파괴, 냉동, 온도변화 등    ○ 활용 : 전자 복사기, 집진기, 가정용 공기정화기, 페인트 도장    ○ 피해 : 낙뢰    ○ 대책        ① 접지를 한다.        ② 충분한 습도를 유지하여 정전기를 방전 한다.        ③ 대전 방지용품을 사용한다.

3. 전기장과 전위 < 학습목표 > ▶전기장의 원리를 이해하고 설명할 수 있다. (1) 전기장 3. 전기장과 전위 (1) 전기장    ○ 전기장 : 전기력이 작용하는 공간    ○ 전기력선의 성질      ① 양 (+)전하에서 나와 음(-)전하로 들어간다.      ② 중간에서 갈라지거나 교차하지 않는다.      ③ 단위 면적당 전기력선의 밀도가 높을수록 전기장의세기가 크다.      ④ 전기력선 위의 한 점에 접선을 그으면 접선의 방향은 그 점에서의 전기장의 방향과 같다.    ○ 전기장 내부에 도체를 넣을 경우 전기장의 방향과 반대 방향으로 자유 전자들이 이동하여 내부의 전기장이 외부의 전기장을 상쇄시켜 도체 내부의 전기장은 “0”이 되며 전기력선도 존재하지 않는다

▲ 전기력선의 다양한 모양 ◀ 전지장 속의 도체

+Q -Q (2) 전기장의 방향과 세기 - 전기장의 방향 : 전기장 속에서 양전하(+)가 힘을 받는 방향 (2) 전기장의 방향과 세기 - 전기장의 방향 : 전기장 속에서 양전하(+)가 힘을 받는 방향 - 전기장의 세기 : 전기장 중의 단위 전하 1[C]에 작용하는 전기력의 크기 E(전기장의 세기) +Q +Q F(전기력) ☆ 1[v/m]의 전기장 세기는 전기장중에 놓인 1[C]의 전하에 작용하는 힘이 1[N]인 경우의 세기이다. r -Q +Q r

+Q (3) 전위 - 전위 : 단위 전하가 가지는 전기적 위치 에너지 [V] A B 위치에너지: mgh 전기에너지: qEd (3) 전위 - 전위 : 단위 전하가 가지는 전기적 위치 에너지 [V] 위치에너지: mgh 전기에너지: qEd 전위차 질량 높은 곳 전하 높은 전위 +Q +q +q 전 위 차 d A 높은 위치 에너지 B 낮은 위치 에너지 높 이 h 질량 낮은 곳 전하 낮은 전위 중력=mg 전기력=qE

(4) 등전위면    - 전기장 내에서 전위가 같은 점을 연결시켜 이은 선     ① 등전위면 위의 모든 점에서는 전위가 같으므로 전위차는 0     ② 등전위면을 따라 전하를 이동 시킬 때는 V가 0이므로 일의 양도 0     ③ 전하가 전기장으로부터 받는 힘은 등전위면에 대하여 수직     ④ 등전위면과 전기력선은 항상 서로 직교     ⑤ 도체 표면은 전기장 속에서 등전위면을 이룸     ⑥ 등전위면을 밀 하게 나타낸 곳을 전기장의 세기가 강함     ⑦ 등전위면을 소하게 나타낸 곳은 전기장의 세기가 약함

(5) 평행극판 사이의 전기장 A B ★ F : 단위전하 q가 전기장세기(E)인 전기장에서 받는 힘 (5) 평행극판 사이의 전기장 A B ★ F : 단위전하 q가 전기장세기(E)인 전기장에서 받는 힘 ★ W : +q[C]의 전하가 B위치로부터 A위치로 옮기는데 필요한 일의 양(에너지) = A위치로부터 B로 이동하는 동안 받는 일의 양(에너지) ★ V : A와 B사이의 전위차 F qE W=qEd W=qV F=qE W=qV A W=Fd W=qEd V=Ed V F=qE B d

< 정전기의 발생 종류 >   ① 박리대전 : 2개의 서로 다른 물체가 접촉, 분리하였을 때 형성   ② 마찰대전 : 물체가 마찰이나 마찰에 의해 접촉의 위치가 이동하여 발생   ③ 박리대전 : 서로 밀착되어 있는 물체가 떨어질 때 전하 분리가 일어남   ④ 유동대전 : 액체류를 파이프 등으로 수송할 때 이것에 의해 발생   ⑤ 분출대전 : 분체류, 액체류, 기체류가 단면적이 작은 개구부로부터 분출할 때 마찰이 일어나 발생   ⑥ 충돌대전 : 분체류와 같은 입자 상호간 혹은 입자와 고체와의 충돌에 의해 빠른 접촉, 분리가 행해지기 때문에 발생   ⑦ 파괴대전 : 고체, 분체류와 같은 물체가 파괴되었을 때 전하 분리 또는 양전하와 음전하의 균형이 깨지면서 발생

연 습 문 제 1. 보통 물질의 전기적인 상태는? ① 중성상태 ② 양전기 상태 ③ 음전기상태 연 습 문 제 1. 보통 물질의 전기적인 상태는? ① 중성상태  ② 양전기 상태 ③ 음전기상태 ④ 수시로 변화 ⑤ 양전기와 음전기가 공전하는 상태 2. 어떤 물질이 정상 상태보다 전자수가 많아졌거나 적어졌을 때를 말하는 용어는? ① 하전 ② 전기량 ③ 충전 ④ 방전 ⑤ 대전 3. 다음 중 정전기가 실생활에 응용되는 예와 거리가 먼 것은? ① 전자복사기  ② 집진기 ③ 공기청정기 ④ 낙뢰 ⑤ 차량도장 4. 그 물질의 성질이 남아 있으면서 그 물질을 구성하는 최소 단위를 무엇이라 하는가? ① 쿼크  ② 전자 ③ 원자 ④ 분자 ⑤ 중성자

5. 전기량의 단위는? ① [C]  ② [A] ③ [V] ④ [Ω] ⑤ [Hz] 6. 어떤 전지를 이용하여 5[A]의 전류를 10초간 흘렸을때 전지에서 나온 전하량은 몇 [C]인가? ① 20 ② 50 ③ 500 ④ 2500 ⑤ 3000 7. 다음 중 반도체의 재료로 사용되는 것은? ① Fe ② Si ③ C ④ He ⑤ Cr 8. 다음 중 정전기가 생기는 원인과 거리가 먼 것은? ① 분리  ② 마찰 ③ 유채의 이동 ④ 박리 ⑤ 증발

9. 전하의 성질을 설명한 것 중 잘못 설명한 것은 어느 것인가? ① 같은 종류의 전하는 흡인하고 다른 종류의 전하는 반발한다 ② 전하는 가장 안정한 상태를 유지하려는 성질이 있다 ③ 대전체에 들어 있는 전하를 없애려면 접지시킨다 ④ 대전체의 영향으로 비대전체에 전기가 유도된다 ⑤ 낙뢰는 구름과 지면 사이에 모인 전기가 한꺼번에 방전되는 현상이다 10. 양(+)의 전하인 10[μC]과 음(-)의 전하인 15[μC]의 두 전하를 공기 중에 1[m] 거리에 놓았을 때 두 전하 사이에 작용하는 전기 력은 얼마이며 어떤 힘이 작용하는가? ① (-)1.35[N] ② 1.35[N] ③ (-)13.5[N] ④ 13.5[N] ⑤ 135[N] ( 9 * 109 * (-10) * 10-6 * 15 * 10-6 )/ 12