이 단원은 전류가 만드는 자기장, 자기선속이 변할 때 생기는 유도 전류, 그리고 물질이 외부 자기장 안에서 보이는 성질을 다룹니다. 아래 시험지 20문항으로는 직선·원형 전류의 자기장 계산, 렌츠 법칙으로 극과 힘의 방향 판단, 유도 기전력 계산, 강자성체·상자성체·반자성체 구분이 되어 있는지 확인합니다.
📝 물질의 자기적 특성 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
저는 수학학원을 하는 사람이라 이 단원의 내용을 가르쳐 드릴 수는 없습니다. 다만 시험지 한 장을 어떻게 풀게 할지는 말씀드릴 수 있습니다.
물질의 자기적 특성 20문항은 옆에서 힌트를 주지 말고 직접 풀게 하세요. 옆에서 조금만 거들면 술술 답하던 아이도 혼자 앉히면 막히는 일이 많습니다. 그 막힘이 지금 아이의 실제 상태입니다.
문항 수를 늘리는 것보다 적게 풀더라도 스스로 끝까지 가 보는 쪽이 낫다고 봅니다. 채점은 문항 옆에 맞고 틀림만 표시하고, 틀린 번호에는 왜 막혔는지 한 줄만 적게 하세요. 새 시험지가 필요하면 아래 버튼으로 뽑으시면 됩니다.
— 수학의 신호 원장
물질의 자기적 특성, 무엇을 배우나
전류가 흐르는 도선 둘레에는 자기장이 생깁니다. 방향은 오른손 엄지를 전류 방향에 두고 네 손가락으로 도선을 감아쥘 때 손가락이 가리키는 쪽입니다. 원형 전류 중심의 세기는 전류에 비례하고 반지름에 반비례하며, 도선이 여러 개면 각 자기장을 방향까지 고려해 합칩니다.
반대로 코일을 지나는 자기선속이 변하면 유도 전류가 흐릅니다. 방향은 렌츠 법칙에 따라 선속의 변화를 방해하는 쪽이고, 크기는 ε=N|ΔΦ/Δt|로 감은 수와 선속이 변하는 빠르기에 좌우됩니다. 이어서 물질을 외부 자기장에 대한 반응에 따라 강자성체, 상자성체, 반자성체로 나눕니다.
물질의 자기적 특성 시험지에 나오는 문항 모양
선다
단답
물질의 자기적 특성에서 자주 걸리는 곳
합성 자기장은 더할지 뺄지부터 원형 도선 두 개가 서로 반대 방향이면 세기를 빼야 합니다. 문항에서 안쪽은 B₀, 바깥쪽은 1.5B₀이고 합은 0.5B₀였습니다.
자기장이 0인 지점의 위치 두 직선 도선의 전류가 반대 방향이면 0인 지점은 두 도선 바깥쪽, 전류가 작은 도선 쪽에 있습니다. 3/x=6/(x+0.6)처럼 거리 식을 세워 풉니다.
렌츠 법칙에서 극과 힘의 방향 N극이 멀어지면 가까운 끝이 S극이 되어 끌어당기고, 가까워지면 N극이 되어 밀어냅니다. 변화를 방해한다는 한 가지 원리로 두 경우를 모두 판단합니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
외부 자기장과 같은 방향으로 약하게 자기화되고, 외부 자기장을 제거하면 자기화가 곧 사라지는 물질을 무엇이라 하는가? ① 강자성체 ② 상자성체 ③ 반자성체 ④ 비자성체정답 · ② 상자성체 — 상자성체는 외부 자기장과 같은 방향으로 약하게 자기화되며, 외부 자기장이 없어지면 원자 자석의 배열이 흐트러져 자기화가 사라진다. 강자성체는 자기장을 제거해도 자기화가 남고, 반자성체는 외부 자기장과 반대 방향으로
다음 실험 결과에 대한 설명으로 옳은 것은? 실에 매달린 막대 모양의 물질 X, Y, Z에 막대자석의 N극을 차례로 가까이 가져갔다. X는 강하게 끌려왔고, 자석을 치운 뒤에도 작은 클립을 끌어당겼다. Y는 매우 약하게 끌려왔으며, 자석을 치우자 클립을 끌어당기지 못했다. Z는 아주 약하게 밀려났다. ① X는 강자성체이며, 외부 자기장을 제거한 뒤에도 자기화가 어느 정도 남아 있다 ② Y는 반자성체이며, 외부 자기장과 반대 방향으로 자기화된다 ③ Z는 상자성체이며, 외부 자기장과 같은 방향으로 자기화된다 ④ X는 외부 자기장을 제거하면 원자 자석의 배열이 곧바로 흐트러지는 물질이다정답 · ① X는 강자성체이며, 외부 자기장을 제거한 뒤에도 자기화가 어느 정도 남아 있다 — X는 강하게 끌리고 자석을 치운 뒤에도 자성이 남으므로 강자성체이다. Y는 약하게 끌리고 자성이 남지 않으므로 상자성체이고, Z는 밀려났으므로 반자성체이다.
이상적인 변압기의 1차 코일에 150 V의 교류 전압을 걸었더니 1차 코일에 0.4 A의 전류가 흘렀다. 1차 코일의 감은 수가 300회, 2차 코일의 감은 수가 60회일 때, 2차 코일의 전압과 전류를 옳게 짝지은 것은? ① 30 V, 2 A ② 30 V, 0.08 A ③ 750 V, 2 A ④ 750 V, 0.08 A정답 · ① 30 V, 2 A — 변압기에서 전압은 감은 수에 비례하므로 V₂ = 150×60/300 = 30 V이다. 이상적인 변압기에서는 전력이 같으므로 150×0.4 = 30×I₂에서 I₂ = 2 A이다.
같은 크기의 막대 모양 물질 A, B, C를 실에 매달아 강한 자석의 N극에 차례로 가까이 가져가는 실험을 했다. A와 B는 자석 쪽으로 끌려왔고, C는 자석 반대쪽으로 약하게 밀려났다. 자석을 치운 뒤 작은 클립에 가까이 대자 A만 클립을 끌어당겼다. 이에 대한 설명으로 〈보기〉에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? 〈보기〉 ㄱ. A는 강자성체이다. ㄴ. B는 외부 자기장과 같은 방향으로 자기화되며, 외부 자기장을 제거하면 자기화가 사라진다. ㄷ. C는 외부 자기장이 없을 때에도 원자 자기 모멘트가 한 방향으로 정렬되어 있다. ① ㄱ ② ㄴ, ㄷ ③ ㄱ, ㄴ ④ ㄱ, ㄷ정답 · ③ ㄱ, ㄴ — A는 자석을 치운 뒤에도 자기화가 유지되므로 강자성체이고, B는 끌려왔지만 자기화가 남지 않으므로 외부 자기장 방향으로만 자기화되는 물질이어서 ㄱ, ㄴ이 옳다. C는 외부 자기장과 반대 방향으로 자기화되는 반자성체이
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
집에서 이 단원을 공부하는 순서
먼저 오른손 법칙으로 직선 도선과 원형 전류의 자기장 방향을 직접 그려 보는 연습을 하루 10분 정도 합니다. 그다음 세기가 전류에 비례하고 거리나 반지름에 반비례하는 관계를 확인하고, 도선이 둘 이상인 문항은 방향부터 정한 뒤 더하거나 빼는 순서로 풉니다.
렌츠 법칙은 자기선속이 늘었는지 줄었는지를 먼저 적고, 그것을 방해하는 극과 힘의 방향을 쓰는 순서로 익힙니다. 기전력 계산은 구간마다 ΔΦ와 Δt를 나누어 적습니다. 자성체는 끌리는 정도, 자석을 치운 뒤 자기화가 남는지, 밀려나는지를 기준으로 표에 정리해 마지막에 외웁니다.