#60 전기 전도도와 자유 전자

문제 1 · OX 문제

전기 전도도가 큰 물질일수록 전류가 잘 흐르지 않는다.

정답: X

전기 전도도는 전류가 잘 흐르는 정도를 나타냅니다. 따라서 전기 전도도가 클수록 전류가 잘 흐릅니다. 비유하자면, 전기 전도도는 '도로의 뚫림 정도'와 같아요. 8차선 뻥 뚫린 고속도로(전도도가 큼)에서 자동차(전류)가 잘 못 달린다고 하면 거짓말이겠죠?

문제 2 · OX 문제

물체의 크기와 모양이 같을 때, 전기 전도도가 큰 물질일수록 저항이 작다.

정답: O

전기 전도도(전류가 흐르기 쉬운 정도)와 저항(전류의 흐름을 방해하는 정도)은 반비례 관계입니다. 비유하자면, 물이 콸콸 쏟아지는 '매끄러운 파이프(높은 전도도)' 내부에는 물길을 막는 '찌꺼기나 장애물(작은 저항)'이 없는 것과 같은 이치입니다.

문제 3 · OX 문제

자유 전자는 하나의 원자에 강하게 속박되어 있어 움직일 수 없는 전자이다.

정답: X

원자에서 떨어져 나와 물질 안을 자유롭게 돌아다니는 전자를 자유 전자라고 합니다. 비유하자면, 자유 전자는 부모님(원자핵)의 손을 꽉 잡고 있는 얌전한 아이가 아니라, '놀이터(물질 내부)를 이리저리 마음껏 뛰어다니는 개구쟁이 아이'와 같습니다.

문제 4 · OX 문제

물질 내에 자유 전자가 많을수록 전류가 잘 흐른다.

정답: O

자유 전자는 전기를 운반하는 역할을 합니다. 비유하자면, 물건을 나르는 '택배 기사님(자유 전자)'이 많을수록 명절 택배(전류)가 빠르고 원활하게 각 가정으로 배달되는 것과 완벽히 같습니다.

문제 5 · 빈칸 채우기

어떤 물질에 전압을 가했을 때 전류가 잘 흐르는 정도를 나타내는 양을 ( )(이)라고 한다. (5글자)

정답: 전기전도도

물질마다 전기를 통과시키는 능력이 다릅니다. 비유하자면, 어떤 도로가 자동차가 쌩쌩 달리기 좋게 포장되어 있는지를 100점 만점으로 평가한 '도로 주행 쾌적성 점수'가 바로 전기 전도도입니다.

문제 6 · 빈칸 채우기

물체의 크기와 모양이 같을 경우, 전기 전도도가 큰 물질일수록 ( )이/가 작다. (2글자)

정답: 저항

전도도가 크다는 것은 전류가 흐르기 쉽다는 뜻이므로 방해하는 힘은 적습니다. 비유하자면, 달리기 선수의 '달리기 실력(전기 전도도)'이 좋을수록 발목에 묶인 '모래주머니의 무게(저항)'가 가벼운 시소 같은 관계입니다.

문제 7 · 빈칸 채우기

원자들이 결합할 때 상호작용으로 인해 원자에서 떨어져 나와 물질 안을 자유롭게 이동할 수 있는 전자를 ( )(이)라고 한다. (4글자)

정답: 자유전자

특정 원자에 묶여 있지 않고 이동할 수 있는 전자입니다. 비유하자면, 둥지(원자)에 가만히 머물러 있는 아기 새가 아니라, 둥지를 훌쩍 떠나 드넓은 하늘(물질 내부)을 마음껏 날아다니는 '자유로운 새'를 떠올려 보세요.

문제 8 · 빈칸 채우기

원자 내의 일반적인 전자들을 강한 전기력으로 끌어당겨 밖으로 도망가지 못하게 단단히 속박하고 있는 중심 입자는 ( )이다. (3글자)

정답: 원자핵

원자 한가운데서 전자들을 붙잡아두는 역할을 합니다. 비유하자면, 우주로 날아가려는 지구(전자)를 강력한 중력으로 꽉 붙잡아 궤도를 돌게 만드는 '태양'과 같은 든든한 중심축입니다.

문제 9 · 단답형

어떤 물질에 전압을 가했을 때, 그 물질 내부에서 전류가 얼마나 수월하게 흐를 수 있는지를 나타내는 물리량은 무엇인가? (5글자)

정답: 전기전도도

물질의 전기적 성질을 보여주는 척도입니다. 비유하자면, 학생이 수업 내용을 얼마나 잘 빨아들이는지를 보여주는 '학업 성취도'처럼, 물질이 전기를 얼마나 잘 통과시키는지를 보여주는 고유한 지표입니다.

문제 10 · 단답형

원자들이 결합하는 과정에서 상호작용으로 인해 원자로부터 떨어져 나와 물질 내부를 마음대로 돌아다니며 전류를 발생시키는 입자는 무엇인가? (4글자)

정답: 자유전자

전류를 직접 실어 나르는 핵심 일꾼입니다. 비유하자면, 강물에 띄워 물건을 나르는 '뗏목'과 같습니다. 이 뗏목들이 많이 돌아다닐수록 하류로 전달되는 물건의 총량(전류)이 풍성해집니다.

문제 11 · 단답형

물체의 크기와 모양이 같을 때, 전기 전도도와 반비례 관계를 가지며 물질 내에서 전류의 흐름을 억제하고 방해하는 성질을 뜻하는 용어는 무엇인가? (2글자)

정답: 저항

전류의 흐름을 가로막는 요소입니다. 비유하자면, 자동차가 쌩쌩 달리는 터널 내부에 굴러떨어져 있는 '거대한 바위'나 촘촘하게 설치된 '과속 방지턱'과 같습니다. 방해물이 적을수록(저항이 작을수록) 차(전류)가 잘 다닙니다.

문제 12 · 단답형

일반적인 전자가 원자핵 밖으로 쉽게 벗어나지 못하고 한 원자에 속박되어 있도록 만드는, 두 입자 사이에 작용하는 근본적인 힘은 무엇인가? (3글자)

정답: 전기력

+전하를 띤 원자핵과 -전하를 띤 전자가 서로를 강하게 끌어당기는 힘입니다. 비유하자면, 자기 집 마당을 벗어나려는 반려견(전자)을 튼튼하게 붙잡고 있는 '팽팽한 목줄'과 같은 힘입니다.

문제 13 · 보기 선택

전기 전도도와 저항에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 전기 전도도는 전압을 가했을 때 전류가 잘 흐르는 정도이다.
• ㄴ. 전기 전도도가 작을수록 전류가 잘 흐른다.
• ㄷ. 모양과 크기가 같다면 전기 전도도가 클수록 저항이 작다.

정답: ㄱ, ㄷ

ㄴ은 전도도의 정의와 반대됩니다(전도도가 커야 잘 흐름). 비유하자면, 전기 전도도는 건물의 '비상구 탈출 성능'입니다. 성능(전도도)이 좋을수록 사람(전류)이 시원하게 빠져나가고 병목현상(저항)이 적습니다.

문제 14 · 보기 선택

물질 내부의 전자에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. '속박된 전자'는 물질 내부를 자유롭게 돌아다닐 수 있다.
• ㄴ. '자유 전자'는 원자에서 떨어져 나와 이동할 수 있는 전자이다.
• ㄷ. 물질 내에 자유 전자가 많을수록 전류가 잘 흐르게 돕는 역할을 한다.

정답: ㄴ, ㄷ

ㄱ의 '속박된 전자'는 이동할 수 없습니다. 비유하자면, 벤치에 가만히 앉아있는 '후보 선수(속박된 전자)'와 달리, 운동장 이리저리를 땀 흘려 뛰는 '필드 선수(자유 전자)'가 많을수록 축구 경기(전류 흐름)가 훨씬 다이나믹하고 원활하게 진행됩니다.

문제 15 · 보기 선택

금속 물질 A와 B가 있다. A가 B보다 전류가 훨씬 잘 흐른다고 할 때, 옳은 설명을 <보기>에서 모두 고르시오. (단, 두 물질의 크기와 모양은 같다.)

• ㄱ. A의 전기 전도도가 B보다 크다.
• ㄴ. A 내부의 자유 전자가 B보다 많을 것이다.
• ㄷ. A의 저항이 B의 저항보다 크다.

정답: ㄱ, ㄴ

A가 전류가 잘 흐르므로 저항은 오히려 작아야 합니다(ㄷ 틀림). 비유하자면, A라는 넓고 잘 닦인 고속도로(전도도 큼)에는 물건을 싣고 달리는 '트럭(자유 전자)이 아주 많아서' 물류(전류)가 빵빵 터지는 반면, B라는 울퉁불퉁한 좁은 흙길(저항 큼)은 차가 다니기 힘든 상황입니다.

문제 16 · 보기 선택

원자 내부의 전자에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 원자 내의 모든 전자는 항상 원자핵으로부터 떨어져 나와 자유 전자가 된다.
• ㄴ. 원자들이 결합하는 경우 원자 간 상호작용으로 자유 전자가 생길 수 있다.
• ㄷ. 하나의 원자에 속해 있지 않고 자유롭게 움직이는 전자를 속박된 전자라 한다.

정답: ㄴ

ㄱ은 모든 전자가 자유 전자가 되는 것은 아니므로 틀렸고, ㄷ은 '자유 전자'에 대한 설명입니다. 비유하자면, 모든 아이들(전자)이 부모님(원자핵)의 보호(전기력)를 떠나 가출(자유 전자)하는 것은 아닙니다. 보통은 집에 머물지만(속박), 친구들과 부대끼며 신나게 놀다 보면(원자 간 상호작용) 부모님 손을 놓고 '놀이터(물질 내부)로 뛰쳐나가는 활기찬 아이(자유 전자)'가 생겨나는 법입니다.

문제 17 · 객관식

전기 전도도와 저항의 관계에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

• ① 전기 전도도가 큰 물질일수록 저항도 함께 커진다.
• ② 물체의 크기와 모양이 같을 때, 전기 전도도가 큰 물질일수록 저항이 작다.
• ③ 저항이 큰 물질일수록 전류가 잘 흐른다.
• ④ 전기 전도도와 저항은 서로 아무런 관련이 없는 독립적인 개념이다.
• ⑤ 저항이 작을수록 전도도도 작아진다.

정답: ②

전도도와 저항은 완벽히 반대되는 개념입니다. 비유하자면, '환풍기의 흡입력(전기 전도도)'이 훌륭할수록 연기를 가로막는 '거름망의 촘촘함(저항)'이 덜한 것과 같이, 한쪽이 커지면 다른 한쪽은 작아지는 시소 관계입니다.

문제 18 · 객관식

자유 전자에 대한 설명으로 틀린 것은?

• ① 하나의 원자에 강하게 속박되어 있다.
• ② 물질 안을 자유롭게 이동할 수 있다.
• ③ 원자들이 결합할 때 원자 간의 상호작용으로 생길 수 있다.
• ④ 자유 전자가 많은 물질일수록 전류가 잘 흐른다.
• ⑤ 원자에서 떨어져 나온 전자이다.

정답: ①

자유 전자는 이름 그대로 속박을 벗어난 상태입니다. 비유하자면, 영화관에서 자기 자리에 얌전히 앉아있는 '지정좌석제 관객(속박된 전자)'이 아니라, 페스티벌 스탠딩 구역에서 이리저리 춤추며 마음껏 돌아다니는 '흥 많은 관객'과 같습니다.

문제 19 · 객관식

전류가 잘 흐르는 물질의 특징으로 알맞은 것은?

• ① 전기 전도도가 작다.
• ② 자유 전자의 수가 적다.
• ③ 물체의 크기/모양이 같을 때 저항이 작다.
• ④ 원자핵의 전기력이 완전히 없어진 상태이다.
• ⑤ 모든 전자가 자유 전자로 변환되어 있다.

정답: ③

전류가 잘 흐르려면 방해물이 없고 전도도가 커야 합니다. 비유하자면, 물이 콸콸 시원하게 쏟아지는 '최신식 수도관(전류가 잘 흐르는 물질)'은 관 내부를 막고 있는 물때나 녹슨 찌꺼기(저항)가 전혀 없는 아주 깨끗한 상태(저항이 작음)입니다.

문제 20 · 객관식

원자 내부의 일반적인 전자들이 원자핵 밖으로 마음대로 도망가지 못하는 이유는?

• ① 원자 간의 상호작용이 전혀 없어서
• ② 원자핵과의 전기력에 의해 속박되어 있어서
• ③ 물질의 크기와 모양이 달라서
• ④ 자유 전자가 길을 막고 있어서
• ⑤ 외부 에너지가 충분하지 않아서

정답: ②

서로 다른 전하 사이의 당기는 힘 때문입니다. 비유하자면, 태양(원자핵)과 행성(전자) 사이에 작용하는 보이지 않는 끈(만유인력)처럼, 원자핵과 전자는 서로를 꽉 붙잡는 강력한 '자석의 힘(전기력)'으로 단단히 묶여 있습니다.