2023년 11월 고1 학평 (2015 교육과정) 통합과학 14번 해설
14.
다음은 자전거에 장착된 발전기에 대한 설명이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [2점]
- ① ㄱ
- ② ㄴ
- ③ ㄱ, ㄷ
- ④ ㄴ, ㄷ
- ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ
⑤
자석 회전으로 코일에 유도 전류가 흐르는 현상은 전자기 유도(ㄱ), 자석이 돌면 코일 속 자기장이 변함(ㄴ), 바퀴의 운동 에너지가 전기 에너지로 전환(ㄷ) → 모두 옳아 정답 ⑤.
핵심 개념
발전기는 코일 내부의 자기장 변화로 유도 전류가 흐르는 전자기 유도를 이용해 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾼다.
단서 따라가기
- 자석이 회전하여 코일에 유도 전류가 흐르는 ㉠ 현상코일 주변 자기장이 변할 때 코일에 전류가 유도되는 현상이 전자기 유도이다 보기 ㄱ (옳음)
- 코일 위에서 N·S 자석이 회전자석이 회전하면 코일을 지나는 자기장의 세기와 방향이 계속 바뀐다 보기 ㄴ (옳음)
- 바퀴 회전 → 전구에 불이 켜짐회전하는 자석의 운동 에너지가 발전기에서 전기 에너지로 전환되어 전구에 공급된다 보기 ㄷ (옳음)
정답 근거
보기 ㄱ: 자석이 회전할 때 코일에 유도 전류가 흐르는 현상은 전자기 유도이다. 보기 ㄴ: 자석이 회전하면 코일 내부를 지나는 자기장이 변하고, 이 변화 때문에 유도 전류가 흐른다. 보기 ㄷ: 발전기는 회전하는 자석의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환한다. 세 보기가 모두 옳으므로 정답은 ⑤이다.
선지별로 왜 틀렸나
①
함정 자석이 움직이기만 하면 전류가 생긴다고 외워, 원리인 '코일 내부 자기장의 변화'를 따로 판단하지 못하기 쉽다.
ㄱ은 옳지만, 자석 회전으로 코일 내부 자기장이 변하고 운동 에너지가 전기 에너지로 전환되므로 옳은 ㄴ, ㄷ이 빠졌다.
②
함정 유도 전류를 만드는 현상 이름을 '자기 유도'나 '정전기 유도'와 헷갈려 ㄱ을 빼기 쉽다.
ㄴ은 옳지만, ㉠은 전자기 유도이고 발전기는 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸므로 옳은 ㄱ, ㄷ이 빠졌다.
③
함정 자석은 크기가 일정한 자기장을 만든다고 생각해, 자석이 돌아도 코일 속 자기장은 변하지 않는다고 여기기 쉽다.
ㄱ, ㄷ은 옳지만, 자석이 회전하면 코일 내부 자기장이 변하므로 옳은 ㄴ이 빠졌다.
④
함정 그림 속 빈칸 ㉠의 이름을 확인하지 않고 원리만 따져 ㄱ을 빼기 쉽다.
ㄴ, ㄷ은 옳지만, 자석 회전으로 유도 전류가 흐르는 현상은 전자기 유도이므로 옳은 ㄱ이 빠졌다.
이 문항이 묻는 능력
생활 속 발전 장치에서 전자기 유도의 원인(자기장 변화)과 에너지 전환 과정을 찾아 적용하는 능력
다음에 비슷한 문제를 만나면
유도 전류가 생기는 원인(자기장 변화) 찾기 → 현상 이름(전자기 유도) 확인 → 발전기 입력 에너지와 출력 에너지 정리
관련 개념
발전기발전기는 전자기 유도를 이용하여 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이다. 자석 사이에서 코일이 회전하거나 코일 주위에서 자석이 회전하면 코일을 지나는 자기장이 계속 변하여 유도 전류가 흐른다. 수력·화력·핵·풍력 발전소는 모두 터빈을 돌려 발전기를 회전시킨다.
전자기 유도전자기 유도는 코일을 통과하는 자기장의 세기가 변할 때 코일에 전류가 흐르는 현상이며, 이때 흐르는 전류를 유도 전류라고 한다. 자석을 빠르게 움직일수록, 센 자석을 사용할수록, 코일의 감은 수가 많을수록 유도 전류의 세기가 커진다.
전자기 유도 유도 전류 발전기 에너지 전환
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