이 단원은 에너지가 형태를 바꾸며 전기로 만들어지고, 그 전기가 발전소에서 먼 곳까지 보내지는 과정을 다룹니다. 기후 변화와 에너지, 발전기와 전력 수송, 신재생 에너지가 하나의 흐름으로 이어집니다. 아래 20문항으로는 풍력 발전의 에너지 전환, 열기관의 열효율, 변압기와 송전 손실, 태양광 발전의 출력, 온실 효과의 원리를 이해하고 계산할 수 있는지 확인합니다.
📝 환경과 에너지: 에너지 전환과 발전 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
이 단원은 풍력에서 전기로, 열기관의 열효율, 변압과 송전까지 에너지가 형태를 바꾸는 줄을 따라가는 20문항입니다. 저는 수학학원 원장이라 과학 내용을 설명드릴 자리는 아닙니다. 시험지 한 장을 어떻게 쓰느냐만 말씀드리겠습니다.
한 번에 다 풀리지 마시고, 날을 나눠 몇 문항씩 아이 손으로 직접 풀게 하세요. 문제 수보다 직접 풀었느냐가 남습니다.
틀린 번호는 그날 바로 해설을 베끼지 말고, 번호만 표시해 두십시오. 몇 주 지나 시험이 가까워졌을 때 그 번호만 다시 풀게 하는 쪽이 낫다고 봅니다. 종이로 풀든 화면에서 채점하든 순서는 같습니다. 풀고, 표시하고, 잊을 만할 때 다시 푸는 겁니다.
— 수학의 신호 원장
환경과 에너지, 무엇을 배우나
기후 변화와 에너지에서는 온실 기체가 지표에서 방출된 지구 복사 에너지를 흡수한 뒤 일부를 지표 쪽으로 다시 방출해 기온이 오르는 원리를 다룹니다. 태양이 내보내는 에너지의 양이 달라지는 것이 아니라는 점이 함께 나옵니다.
발전기와 전력 수송에서는 바람의 운동 에너지가 날개와 발전기의 회전 운동 에너지를 거쳐 전자기 유도로 전기 에너지가 되는 흐름, 열기관의 열효율, 변압기와 송전 손실을 배웁니다. 송전은 P=VI와 손실 전력 I²R로 이어지고, 신재생 에너지인 태양광은 입사 에너지에 변환 효율을 곱해 출력을 구합니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
열기관 A~D의 공급 열에너지와 한 일이 다음과 같다. A: 공급 500 kJ, 한 일 150 kJ / B: 공급 400 kJ, 한 일 140 kJ / C: 공급 800 kJ, 한 일 240 kJ / D: 공급 600 kJ, 한 일 230 kJ. 열효율이 가장 높은 열기관은? ① 열기관 A ② 열기관 B ③ 열기관 C ④ 열기관 D정답 · ④ 열기관 D — 열효율은 (한 일)÷(공급 열에너지)이다. A는 0.30, B는 0.35, C는 0.30, D는 약 0.38이다. 따라서 열효율이 가장 높은 기관은 D이다.
발전소에서 같은 전력을 같은 송전선으로 보낼 때 송전 전압을 10배로 높이면, 송전선에서 열로 손실되는 전력은 처음의 몇 배가 되는가? ① 1/100배 ② 1/10배 ③ 10배 ④ 100배정답 · ① 1/100배 — 송전 전력 P=VI이므로 전압을 10배로 하면 전류는 1/10배가 된다. 손실 전력은 I²R이므로 전류의 제곱에 비례하여 1/100배가 된다.
발전소에서 먼 도시로 전력을 보낼 때 변압기로 송전 전압을 매우 높게 하는 까닭으로 가장 적절한 것은? ① 같은 전력을 보낼 때 송전선에 흐르는 전류가 작아져 송전선에서 열로 손실되는 전력이 줄어들기 때문이다. ② 송전선의 저항이 전압에 비례하여 작아지기 때문이다. ③ 전압을 높이면 송전하는 전력의 양이 저절로 늘어나기 때문이다. ④ 전압이 높을수록 송전선에 흐르는 전류가 커져 전력이 빨리 전달되기 때문이다.정답 · ① 같은 전력을 보낼 때 송전선에 흐르는 전류가 작아져 송전선에서 열로 손실되는 전력이 줄어들기 때문이다. — 송전 전력 P=VI이므로 전력이 일정할 때 V를 높이면 I가 작아진다. 송전선에서 손실되는 전력은 I²R이므로 전류가 작아지면 손실이 크게 줄어든다. 변압기는 전력의 양을 늘리지 못한다.
송전 전압을 20 kV로 높인 뒤 송전선에서 손실되는 전력은 몇 kW인가? (단위까지 쓰시오.) 발전소에서 멀리 떨어진 마을까지 총저항이 20 Ω인 송전선으로 100 kW의 전력을 보낸다. 처음에는 10 kV의 전압으로 송전하였으나, 변압기를 이용해 송전 전압을 20 kV로 높였다. 두 경우 모두 마을로 보내는 전력은 100 kW로 같고, 손실 전력은 송전선의 저항에서 발생하는 열로만 생긴다고 가정한다.정답 · 0.5 kW — 송전 전류 I = P/V = 100000 W ÷ 20000 V = 5 A이다. 손실 전력 = I²R = (5 A)² × 20 Ω = 500 W = 0.5 kW이다. 전압을 2배로 높이면 전류가 1/2배가 되어 손실
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
에너지 전환과 발전에서 자주 걸리는 곳
열효율은 빠진 값부터 채웁니다 문제마다 한 일이 주어지기도 하고 방출 열에너지가 주어지기도 합니다. 공급 열에너지 = 한 일 + 방출 열에너지로 빠진 값을 채운 뒤 한 일÷공급 열에너지를 계산해야 합니다.
전압 10배면 손실은 1/100배 전압을 10배로 하면 전류가 1/10배가 되고, 손실은 전류의 제곱에 비례해 1/100배가 됩니다. 1/10배로 답하기 쉽고, 변압기가 전력의 양을 늘린다고 오해하기도 합니다.
변압기에서 전압과 전류는 반대로 전압비는 감은 수의 비와 같지만 이상적인 변압기는 입력과 출력 전력이 같습니다. 전압이 낮아지면 전류는 커지는데, 2차 코일 전류가 더 작다고 답하기 쉽습니다.
환경과 에너지: 에너지 전환과 발전 시험지에 나오는 문항 모양
선다
단답
개념 확인
계산
환경과 에너지, 집에서 이렇게 공부하세요
먼저 풍력과 태양광에서 에너지가 바뀌는 순서를 화살표로 직접 써 보게 하십시오. 이어서 열효율 문항을 하루 10분 안팎으로 풀며, 빠진 값을 채우고 한 일÷공급 열에너지를 계산하는 순서를 손에 익히면 됩니다.
송전 부분은 하루 20분 안팎이면 충분합니다. P=VI로 전류를 구하고 I²R로 손실을 구한 뒤 송전 전력과 비교하는 과정을 식 그대로 적어 가며 연습하십시오. 마지막으로 변압기의 감은 수의 비와 온실 효과의 까닭을 자기 말로 설명해 보게 하시면 됩니다.