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전기기능사 전기이론 · 전기의 본질과 전하

Electric Charge

전기 현상은 전하와, 전하 사이에 작용하는 힘에서 출발한다. 전하의 성질과 단위, 두 전하 사이 힘을 구하는 쿨롱의 법칙, 도체 · 부도체 · 반도체의 구분을 다룬다. 첫 그림은 핵 주위를 전자가 도는 원자 모형이고, 둘째 그림은 2 C 양전하 두 개가 서로 밀어내는 모습이에요. 거리 r 슬라이더(1 ~ 8 m)를 옮기면 두 전하 사이 간격과 위쪽 힘 F 값이 함께 바뀌어요.

전기란 무엇인가

매일 쓰는 전기의 정체는 전하의 움직임이다. 도선 속 전류는 자유 전자가 한 방향으로 움직이는 것이고, 전자 하나하나는 아주 작은 입자다.

원자 안에는 양성자(+)와 전자(−)가 있고, 전자가 한쪽으로 옮겨 가면 전류가 흐른다. 원자핵에는 양성자와 함께 전하가 없는 중성자도 있어요.

💡 전하란
①전하(電荷)는 물체가 띠는 전기의 양이다
②양전하(+)는 양성자가 가진 전하다
③음전하(−)는 전자가 가진 전하다
④같은 전하끼리는 밀어내고(척력), 다른 전하끼리는 당긴다(인력)
⑤전하의 단위는 쿨롱 [C] 이에요

쿨롱의 법칙: 전하 사이의 힘

두 전하 사이에는 힘이 작용하고, 그 크기를 구하는 식이 쿨롱의 법칙이다.

거리 r 슬라이더를 옮기면 힘이 거리의 제곱에 반비례해 바뀌는 것을 위쪽 숫자로 확인할 수 있어요.

3 m

Q1 = Q2 = 2 C 로 두면 F = 9×10⁹ × 4 / r² = 4000.0 MN

쿨롱의 법칙
F = k × Q1 × Q2r2
F: 힘 [N] · k: 9×10⁹ N·m²/C² · Q: 전하량 [C] · r: 거리 [m] · 그림은 Q1 = Q2 = 2 C
🔑 쿨롱의 법칙 정리
①전하가 클수록 힘도 커진다
②거리가 가까울수록 힘이 훨씬 커진다(거리의 제곱에 반비례)
③같은 부호(+와 +, −와 −)끼리는 밀어낸다(척력)
④다른 부호(+와 −)끼리는 당긴다(인력)

도체 · 부도체 · 반도체

물질 분류

물질의 전기적 분류
💡 정전기
①겨울철 문손잡이에서 찌릿한 것이 정전기다
②마찰로 전자가 옮겨 가면 한쪽은 +, 다른 쪽은 − 를 띤다
③쌓인 전하가 한꺼번에 방전되면 불꽃이 튄다
④번개도 구름에 쌓인 전하가 크게 방전되는 현상이에요

정리

전하의 기본
e = 1.6 × 10-19 C
전자 1개의 전하량(가장 작은 전하 단위)
쿨롱의 법칙
F = 9 × 109 × Q1 Q2r2 [N]
두 전하 사이의 힘은 거리의 제곱에 반비례
🎯 시험에서 묻는 것
①전하의 단위는 쿨롱 [C], 전자 1개의 전하량은 1.6×10⁻¹⁹ C
②같은 전하끼리는 척력, 다른 전하끼리는 인력
③쿨롱의 법칙에서 거리 r 이 2배가 되면 힘은 1/4배
④도체는 전기가 잘 통하고(금속), 부도체는 거의 통하지 않는다(고무 · 유리)
⑤k = 9×10⁹ N·m²/C² 이에요

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