전기기사 자격증을 준비하고 계신가요? 그 첫걸음인 1과목, 전기자기학은 시험 합격의 핵심 과목으로 꼽힙니다. 이번 포스팅에서는 전기이론 과목의 주요 개념, 문제 유형, 그리고 반드시 암기해야 할 공식들을 체계적으로 정리했습니다. 이 글을 통해 수험생 여러분들이 전기자기학에 대한 자신감을 갖고 효율적으로 학습할 수 있기를 바랍니다.
1과목 전기자기학이란?
전기자기학은 전기와 자기 현상을 이해하기 위한 이론적 기초 과목입니다. 전기기사 자격증 시험의 첫 관문으로, 전기와 자기의 상호작용, 전기장과 자기장, 전기 회로의 특성을 설명하는 기본 이론을 다룹니다. 이 과목은 전기기사 시험뿐만 아니라 실무에서도 기본이 되는 중요한 과목입니다.
주요 학습 내용
- 쿨롱의 법칙: 전하 간의 힘 계산
- 가우스 법칙: 전기장의 플럭스 계산
- 전위: 전기장의 전위 차 계산
- 자기장: 자기장 생성 원리와 계산
- 패러데이 법칙: 유도 전류와 전압 계산
- 맥스웰 방정식: 전자기 현상을 설명하는 기본 방정식
전기자기학을 더 쉽게 이해할 수 있도록 시각적인 자료와 표를 활용하세요. 아래는 전기장과 자기장 특성을 비교한 표입니다:
| 특성 | 전기장 | 자기장 |
|---|---|---|
| 정의 | 전하에 의해 생성되는 장 | 전류에 의해 생성되는 장 |
| 단위 | N/C | T (테슬라) |
| 방향 | 전하의 방향 | 오른손 법칙에 따름 |
꼭 알고 가야 할 필수 공식
시험에 자주 등장하는 공식을 정리했습니다. 이 공식들은 반드시 암기하고 문제 풀이에 적용해보세요.
자주 나오는 공식과 예제
다음은 전기자기학에서 자주 등장하는 공식 20개와 간단한 예제입니다. 공식은 시험 준비에 반드시 필요하니 꼼꼼히 확인하세요!
1. 쿨롱의 법칙
F = k * (|q1 * q2| / r²)
예제: 1C의 전하 두 개가 1m 거리에서 상호작용할 때 힘은?
풀이: F = 9×10⁹ * (1 * 1 / 1²) = 9×10⁹ N
2. 전기장
E = F / q
예제: 10N의 힘을 2C의 전하가 받을 때 전기장은?
풀이: E = 10 / 2 = 5 N/C
3. 가우스 법칙
Φ = ∮E · dA = Q / ε₀
예제: 구의 내부에 5C의 전하가 있을 때 전속은?
풀이: Φ = 5 / (8.854×10⁻¹²) = 5.65×10¹¹ Nm²/C
4. 전위
V = k * q / r
예제: 2C의 전하가 2m 떨어져 있을 때 전위는?
풀이: V = 9×10⁹ * 2 / 2 = 9×10⁹ V
5. 자기장의 세기
B = μ₀I / (2πr)
예제: 10A의 전류가 1m 거리에서 생성하는 자기장은?
풀이: B = (4π×10⁻⁷ * 10) / (2π * 1) = 2×10⁻⁶ T
6. 전기쌍극자 모멘트
p = q * d
예제: 2C의 전하가 0.5m 떨어져 있을 때 전기쌍극자 모멘트는?
풀이: p = 2 * 0.5 = 1 C·m
7. 자기력
F = qvBsinθ
예제: 1C의 전하가 2m/s로 이동하며 1T 자기장을 만났을 때 힘은?
풀이: F = 1 * 2 * 1 * sin90° = 2 N
8. 전력
P = VI
예제: 10V의 전압과 2A의 전류가 흐를 때 전력은?
풀이: P = 10 * 2 = 20 W
9. 전기 용량
C = Q / V
예제: 10C의 전하가 5V의 전압을 가질 때 용량은?
풀이: C = 10 / 5 = 2 F
10. 자기 에너지
U = (1/2)LI²
예제: 5H의 유도계수가 있는 코일에 2A가 흐를 때 에너지는?
풀이: U = 0.5 * 5 * 2² = 10 J
11. 전속 밀도
D = ε₀E
예제: 10N/C의 전기장에서 전속 밀도는?
풀이: D = (8.854×10⁻¹²) * 10 = 8.854×10⁻¹¹ C/m²
12. 전기 저항
R = ρL / A
예제: 길이 2m, 단면적 0.01m², 저항률 1Ωm인 도선의 저항은?
풀이: R = 1 * 2 / 0.01 = 200Ω
13. 전류 밀도
J = I / A
예제: 10A의 전류가 단면적 0.5m²의 도체를 통과할 때 전류 밀도는?
풀이: J = 10 / 0.5 = 20 A/m²
14. 패러데이 유도 법칙
ε = -dΦ/dt
예제: 플럭스 변화율이 5Wb/s일 때 유도 기전력은?
풀이: ε = -5 = -5V
15. 자기 회로의 오옴 법칙
F = ΦR
예제: 자기 플럭스가 10Wb, 자기 저항이 2H⁻¹일 때 자기 기전력은?
풀이: F = 10 * 2 = 20A
16. 전기력선
N = Φ / Q
예제: 전속이 5C이고 전하가 2C일 때 전기력선의 수는?
풀이: N = 5 / 2 = 2.5선
17. 유전율과 전계
C = ε₀εrA / d
예제: 면적 0.1m², 간격 0.01m, 유전율 10의 축전기 용량은?
풀이: C = (8.854×10⁻¹²) * 10 * 0.1 / 0.01 = 8.854×10⁻¹⁰ F
18. 자기장 에너지
U = (1/2)B² / μ
예제: 자기장이 2T, μ = 4π×10⁻⁷인 경우 에너지는?
풀이: U = 0.5 * (2)² / (4π×10⁻⁷) = 1.59×10⁷ J
19. 자기 모멘트
m = IA
예제: 면적 0.2m²의 코일에 5A가 흐를 때 자기 모멘트는?
풀이: m = 5 * 0.2 = 1A·m²
20. 자기장 세기와 거리
B = μ₀μrI / (2πr)
예제: 거리 0.5m, 전류 10A일 때 자기장은?
풀이: B = (4π×10⁻⁷ * 10) / (2π * 0.5) = 4×10⁻⁶ T
이 외에도 본인이 취약하다고 느끼는 부분에 대한 추가 연습이 필요합니다. 더 많은 공식과 문제 풀이를 원하신다면 아래 사이트를 참고하세요:
Q-Net 자격의 모든 것
www.q-net.or.kr
전기기사 필기 기출문제 전자문제집 CBT - 최강 자격증 기출문제 전자문제집 CBT
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www.comcbt.com
다음 글 예고
다음 포스팅에서는 전기기사 2과목, 전력공학에 대해 다룰 예정입니다. 전기기기는 전동기, 변압기 등 다양한 기기들의 원리와 응용을 배우는 과목으로, 시험에서도 높은 비중을 차지합니다. 많은 기대 부탁드립니다!
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