#62 부도체의 특성과 활용

문제 1 · OX 문제

부도체는 전압을 가하면 자유 전자가 원자 사이를 자유롭게 이동하여 전류가 매우 잘 흐르는 특징이 있다. ( )

정답: X

부도체는 마치 문이 굳게 닫힌 방과 같습니다. 전기를 실어 나르는 꼬마 배달원인 '자유 전자'들이 원자라는 집에 꽁꽁 묶여서 밖으로 나갈 수 없거든요. 그래서 아무리 전압이라는 에너지로 등을 떠밀어도 배달원이 움직이지 않으니 전기가 흐를 수 없는 철벽 방어력을 자랑합니다.

문제 2 · OX 문제

고무는 습기와 화학 물질에 대한 저항성이 우수하고 유연성이 있어 절연 장갑의 재료로 주로 사용된다. ( )

정답: O

고무는 물이나 위험한 화학 약품이 닿아도 끄떡없는 튼튼한 우비 같은 역할을 해요. 게다가 손을 마음대로 쥐었다 폈다 할 수 있을 만큼 부드럽고 푹신(유연성)해서, 위험한 전기를 다루는 작업자들을 감전으로부터 지켜주는 안전 장갑 재료로 100점 만점이랍니다.

문제 3 · OX 문제

세라믹은 열에 매우 약하기 때문에 주로 저온 환경에서만 제한적으로 전기 절연 소재로 이용된다. ( )

정답: X

세라믹은 활활 타오르는 가마 속에서 구워낸 도자기처럼 뜨거운 열에 엄청나게 강한 튼튼한 부도체입니다. 한여름 땡볕보다 훨씬 펄펄 끓는 환경에서도 끄떡없이 전기를 막아주는 든든한 방패 역할을 하기 때문에, 어마어마한 전기가 흐르는 야외 송전탑 같은 극한의 환경에서 멋지게 활약한답니다.

문제 4 · OX 문제

유리, 고무, 플라스틱은 전기 전도도가 매우 작아 전류가 거의 흐르지 않는 부도체(절연체)의 대표적인 예시이다. ( )

정답: O

전기가 통하는 길에 유리, 고무, 플라스틱을 두면 마치 뻥 뚫린 고속도로에 커다란 바리케이드를 친 것처럼 전기가 옴짝달싹 못 하게 됩니다. 전기가 흐르는 것을 아주 싫어해서 길을 콱 막아버리는 이 세 가지 물질은 우리 주변에서 가장 흔하게 볼 수 있는 부도체 삼총사예요.

문제 5 · OX 문제

전선의 내부 도체를 겉에서 감싸고 있는 피복은 전기가 외부로 새어나가는 것을 완벽히 막기 위해 부도체로 만든다. ( )

정답: O

전선 안에서 쌩쌩 달리는 전기 자동차(전류)가 밖으로 튀어나와 우리 몸에 닿으면 감전 사고가 나겠죠? 그래서 전기가 절대 밖으로 빠져나오지 못하도록 튼튼하고 안전한 터널(피복)을 만들어주는데, 전기를 꽉 막아주는 고무나 플라스틱 같은 부도체로 이 터널의 벽을 만드는 것이랍니다.

문제 6 · 빈칸 채우기

전기 전도도가 매우 작아 전류가 거의 흐르지 않는 물질을 부도체 또는 ( )(이)라고 부른다. (3글자)

정답: 절연체

'끊을 절(絶)'에 '인연 연(緣)'. 즉, 전기가 통하는 인연을 단호하게 끊어버린다는 뜻을 가진 이름표예요. 전기를 차단하여 우리를 안전하게 보호하는 소재를 부를 때 가장 자주 쓰이는 부도체의 또 다른 이름이랍니다.

문제 7 · 빈칸 채우기

부도체 내부에는 전하를 운반할 수 있는 ( )이/가 거의 없기 때문에 전압을 가해도 전류가 흐르지 않는다. (4글자)

정답: 자유전자

원자핵이라는 부모님의 잔소리를 피해 집 밖으로 뛰쳐나와, 물질 내부를 자유롭게 쌩쌩 돌아다니며 전기 보따리를 나르는 꼬마 일꾼들을 말해요. 부도체에는 이 배달원들이 거의 없어서 억지로 등을 떠밀어도(전압) 전기가 흐르지 못하죠.

문제 8 · 빈칸 채우기

고무는 유연성이 있고 습기에 강해 금속 도선을 겉에서 안전하게 감싸는 전선의 ( )이나 절연 장갑에 주로 이용된다. (2글자)

정답: 피복

전선 안쪽의 벌거벗은 구리선(도체)이 밖으로 드러나지 않도록 안전하게 입혀 놓은 '옷'을 뜻하는 단어입니다. 주로 고무나 플라스틱 부도체 옷을 입혀서 전기가 새지 않게 꽉 잠가준답니다.

문제 9 · 빈칸 채우기

고온을 잘 견딜 수 있어 송전탑 등 고전압 전기 분야에서 전선과 지지물을 절연하는 절연 소재로 주로 이용되는 물질은 ( )이다. (3글자)

정답: 세라믹

뜨거운 불가마 속에서 구워낸 도자기 같은 녀석이라, 펄펄 끓는 열과 엄청난 전압의 펀치를 맞아도 끄떡없이 버텨내는 아주 강력한 부도체입니다. 험악한 고전압 환경의 보디가드로 찰떡이랍니다.

문제 10 · 빈칸 채우기

투명도가 매우 높아 디스플레이 화면이나 정밀한 반도체 센서 등의 외부 보호막으로 주로 이용되는 부도체 물질은 ( )이다. (2글자)

정답: 유리

빛이 맑게 투과해서 스마트폰 화면의 글씨나 영상을 훤히 들여다볼 수 있게 해주면서도, 전기는 찌릿찌릿 통하지 않게 막아주어 연약한 내부 부품을 보호하는 우리 주변의 맑은 부도체 재료입니다.

문제 11 · 단답형

전기를 차단하고 분리한다는 의미를 가진 부도체의 다른 이름은 무엇인가? [3글자]

정답: 절연체

위험한 전기가 우리에게 오지 못하도록 흐름을 완벽하게 '절단'해버린다는 의미를 듬뿍 담은 단어예요! 안전 장갑이나 전선 피복의 역할을 이야기할 때 찰떡같이 쓰이는 부도체의 기능적 동의어랍니다.

문제 12 · 단답형

우리가 흔히 사용하는 전기 도선에서, 전기가 흐르는 중심 금속 겉면을 감싸 전기가 통하지 않게 막아주는 부도체 부분을 무엇이라고 부르는가? [2글자]

정답: 피복

전선 중심에 있는 구리선이 전기가 쌩쌩 달리는 뻥 뚫린 '고속도로'라면, 겉을 감싸고 있는 이것은 전기가 도로 밖으로 튕겨 나가지 못하게 튼튼하게 막아주는 '가드레일'이자 든든한 '겉옷'입니다. 전기가 절대 통하지 않아야 하므로 고무나 플라스틱 같은 부도체로 만들죠.

문제 13 · 단답형

부도체는 내부의 전자가 원자에 강하게 묶여 있어, 외부에서 전자를 밀어주기 위해 '이것'을 아무리 강하게 걸어주어도 실질적인 전류가 흐르지 않는다. 전자를 이동시키는 전기적 압력을 뜻하는 '이것'은 무엇인가? [2글자]

정답: 전압

전자를 억지로 밀어내는 강력한 '펌프질'이라고 생각해보세요! 도체 동네에서는 펌프질을 살짝만 해도 전자들이 콸콸 쏟아지지만, 부도체 동네의 전자들은 집에 꽁꽁 묶여 있어서 아무리 펌프질(압력)을 세게 해도 밖으로 나오지 않아 흐름을 만들지 못한답니다.

문제 14 · 단답형

부도체에 전류가 흐르지 않는 이유는 물질 내부를 맘껏 돌아다니며 전기 에너지를 실어 나르는 이 입자가 거의 없기 때문이다. 원자핵에 얽매이지 않고 이동하는 이 입자는 무엇인가? [4글자]

정답: 자유전자

원자핵이라는 부모님의 잔소리를 피해서 집 밖으로 뛰쳐나와 자유롭게 동네를 돌아다니며 전기 보따리를 나르는 부지런한 배달원 입자입니다. 도체 동네에는 이 친구들이 바글바글하지만, 부도체 동네에는 이 배달원들이 거의 없어서 전기가 통할 턱이 없죠.

문제 15 · 단답형

감전 위험을 막기 위해 작업자를 보호하는 '절연 장갑'의 주재료로 쓰이며, 유연성이 뛰어나고 전기가 통하지 않는 대표적인 부도체 물질은 무엇인가? [2글자]

정답: 고무

물이나 화학 약품이 묻어도 스며들지 않는 든든한 방패이면서도, 우리 몸처럼 부드럽게 구부러지는 푹신한 부도체 재료예요! 이 녀석 덕분에 위험한 전기를 다루는 전기 기사님들이 안전하고 정교하게 손을 움직이며 일할 수 있답니다.

문제 16 · 보기 선택

부도체(절연체)의 일반적인 특징으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 전기 전도도가 매우 작아 전류가 잘 흐르지 않는다.
• ㄴ. 내부에 전하를 운반하는 자유 전자가 매우 풍부하다.
• ㄷ. 전선 외부를 감싸 전류 누출을 막는 피복으로 쓰인다.
• ㄹ. 전압을 가하면 자유 전자가 일제히 이동하여 전기를 발생시킨다.

정답: ㄱ, ㄷ

부도체는 전기 전도도가 아주 작아서 전기를 철벽 방어하는 수비수입니다(ㄱ). 전기가 안 통하는 이 든든한 성질 덕분에 전선 밖으로 전기가 새지 않도록 감싸는 고무 옷(피복)을 입히는 데 딱이죠(ㄷ).

문제 17 · 보기 선택

부도체 재료 중 하나인 '고무'의 특성 및 활용 사례로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 습기와 화학 물질에 대한 저항성이 우수하다.
• ㄴ. 매우 단단하고 깨지기 쉬워 유연성이 전혀 없다.
• ㄷ. 전류가 흐르지 않게 막아주는 절연 장갑의 재료로 쓰인다.
• ㄹ. 전기 전도도가 도체보다 커서 전선의 핵심 심선으로 사용된다.

정답: ㄱ, ㄷ

고무는 물이나 화학 약품에 잘 버티는 아주 질긴 친구예요(ㄱ). 전기가 통하지 않으면서도 스폰지처럼 구부러지기 편해서 작업자를 감전으로부터 보호하는 두꺼운 절연 장갑으로 제격입니다(ㄷ).

문제 18 · 보기 선택

세라믹과 유리의 특징 및 활용에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 세라믹은 고온을 잘 견딜 수 있어 고전압 절연 소재로 이용된다.
• ㄴ. 유리는 투명도가 매우 높아 디스플레이 등의 보호막으로 주로 쓰인다.
• ㄷ. 세라믹은 고전압 환경에서 전선과 지지물을 전기적으로 절연하는 데 쓰인다.
• ㄹ. 유리는 충격에 구부러지는 유연성이 가장 뛰어나 절연 장갑을 만든다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄷ

세라믹은 펄펄 끓는 환경에서도 끄떡없는 튼튼한 부도체라 철탑 같은 고전압용 절연체로 씁니다(ㄱ, ㄷ). 유리는 속이 맑게 비치면서도 전기를 철통 방어해주니 스마트폰 화면 덮개로 완벽하죠(ㄴ).

문제 19 · 보기 선택

전선의 일반적인 구조를 통해 알 수 있는 도체와 부도체의 역할로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 전선 안쪽의 구리선 부분은 자유 전자가 많아 전류가 흐르는 도체이다.
• ㄴ. 전선 바깥쪽의 알록달록한 피복 부분은 전기가 콸콸 흐르는 부도체이다.
• ㄷ. 피복은 전선 내부의 전류가 외부로 새어 나가 감전되는 것을 막아준다.
• ㄹ. 안전한 전기 사용을 위해 도체와 부도체는 각각의 성질에 맞게 함께 조합되어 쓰인다.

정답: ㄱ, ㄷ, ㄹ

전선 중심에는 전기가 빛의 속도로 달리는 뻥 뚫린 고속도로(도체)가 있어요(ㄱ). 피복(부도체)은 전기가 도로 밖으로 탈선하지 않게 막아주는 단단한 가드레일 역할을 하죠(ㄷ). 전기를 통하게 하는 길과 전기를 막는 벽이 환상의 짝꿍처럼 뭉쳐야 완벽하고 안전한 전선이 탄생합니다(ㄹ).

문제 20 · 보기 선택

자유 전자와 물질의 전기적 성질에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 물질 내부에 자유 전자가 거의 없으면 전압을 가해도 전류가 잘 흐르지 않는다.
• ㄴ. 자유 전자는 도체 내부에만 풍부하며, 부도체 내부에는 원자에 강하게 속박되어 거의 없다.
• ㄷ. 전류가 흐르기 위해서는 자유 전자의 이동이 억제되고 차단되어야 단다.
• ㄹ. 부도체인 플라스틱은 내부에 자유 전자가 가득 차 있어 훌륭한 절연체 역할을 한다.

정답: ㄱ, ㄴ

전하를 짊어지고 나르는 꼬마 배달원(자유 전자)이 없으니, 억지로 등 떠밀어(전압) 보려 해도 전기가 흐를 수 없어요(ㄱ). 도체 형님은 자유 전자가 넉넉해서 부자이고, 부도체 누님은 전자들이 집에 꽁꽁 묶여있어 배달에 나설 자유 전자가 없는 셈이죠(ㄴ).

문제 21 · 객관식

다음 중 부도체(절연체)에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

• ① 원자 내부에 자유 전자가 매우 풍부하여 언제나 전기가 잘 통한다.
• ② 구리, 철, 금 등은 부도체의 성질을 띠는 가장 대표적인 금속 원소들이다.
• ③ 전기 전도도가 매우 작아 전압을 가해도 전류가 거의 흐르지 않는 물질이다.
• ④ 전선의 중심 심선으로 사용하여 멀리까지 전기를 손실 없이 빠르게 보내준다.
• ⑤ 외부 조건에 따라 전기 전도도가 도체와 부도체 사이를 왔다 갔다 변한다.

정답: ③

부도체는 전기 전도도가 아주 작아서 전기가 지나가는 길을 꽉 막아버리는 거대한 성벽 같은 물질이에요. 전기를 실어 나르는 자유 전자가 거의 없어서 아무리 전압을 가해도 전기가 흐르지 않는 성질을 정확하게 짚은 ③번이 정답입니다.

문제 22 · 객관식

일상생활에서 전선의 외부를 감싸는 피복에 '고무'를 사용하는 가장 적절한 이유는 무엇인가?

• ① 고무는 습기와 화학 물질에 강하고 구부러지는 유연성이 있어 절연 효과가 뛰어나기 때문이다.
• ② 고무 내부의 자유 전자가 전선의 전류를 밖으로 끌어당겨 열을 식혀주기 때문이다.
• ③ 투명도가 아주 높아서 내부의 구리선이 끊어졌는지 육안으로 쉽게 확인할 수 있기 때문이다.
• ④ 도체보다 전기 전도도가 훨씬 뛰어나서 전류를 빠르고 강하게 증폭시켜 주기 때문이다.
• ⑤ 불에 타지 않고 수천 도의 고온을 견디는 강력한 내열성을 가진 금속이기 때문이다.

정답: ①

우리가 쓰는 전선은 이리저리 부드럽게 구부러져야 하고, 실수로 물이나 화학약품이 묻어도 전기가 새어나오지 않게 튼튼히 막아줘야 해요. 이 모든 까다로운 조건을 완벽하게 만족하는 훌륭하고 말랑한 부도체 재료가 바로 고무랍니다! 따라서 ①번이 정답입니다.

문제 23 · 객관식

고전압이 흐르는 송전탑에서 전선과 지지물을 안전하게 분리하는 절연 소재로 '세라믹'을 사용하는 이유로 가장 과학적인 것은?

• ① 세라믹은 힘을 가하면 실처럼 가늘고 길게 뽑히는 연성이 뛰어나기 때문이다.
• ② 뜨거운 고온을 잘 견딜 수 있으며 강력한 전압 앞에서도 전기를 차단하는 절연성이 우수하기 때문이다.
• ③ 투명하고 가벼워서 공중에 매달아 놓아도 철탑의 전체 무게에 부담을 주지 않기 때문이다.
• ④ 세라믹 내부에 존재하는 엄청난 양의 자유 전자가 고압 전류를 모두 흡수해버리기 때문이다.
• ⑤ 고무보다 헐렁하고 부드러워서 거센 바람이 불 때마다 이리저리 흔들리며 충격을 흡수하기 때문이다.

정답: ②

산속에 우뚝 솟은 송전탑에는 상상도 못 할 만큼 센 전기가 펄펄 끓으며 지나가요. 세라믹은 단단한 도자기처럼 구워내어 엄청난 고온의 열기에도 끄떡없고, 찌릿찌릿한 고압 전기도 철통같이 막아주기 때문에 고압 절연체로 쓰기에 그야말로 안성맞춤인 부도체입니다. 따라서 ②번이 정답입니다.

문제 24 · 객관식

부도체의 종류와 그 쓰임새를 바르게 짝지은 것으로 가장 적절하지 않은 것은?

• ① 고무 - 습기와 화학물질에 대한 저항성을 이용해 안전한 절연 장갑을 만든다.
• ② 고무 - 유연하고 전기가 통하지 않는 성질을 이용해 전선 외부의 피복으로 감싼다.
• ③ 세라믹 - 고온을 잘 견디는 튼튼한 성질을 이용해 고압 전기 분야의 절연 소재로 쓴다.
• ④ 유리 - 자유 전자가 풍부해 빛을 발산하는 성질을 이용해 디스플레이 내부의 자체 발광 소자로 쓴다.
• ⑤ 유리 - 빛을 맑게 통과시키는 투명성을 이용해 센서나 디스플레이의 외부 보호막으로 덮는다.

정답: ④

유리는 전기가 절대 통하지 않는 훌륭한 부도체예요. 자유 전자가 풍부해서 스스로 빛을 낸다는 설명은 완전히 틀린 거짓말이죠. 유리는 그저 속이 투명하게 비치니까 스마트폰 화면을 겉에서 단단하게 덮어 보호하는 유리창 같은 '보호막' 용도로 쓴답니다. 따라서 틀린 짝짓기인 ④번이 정답입니다.

문제 25 · 객관식

전선과 피복의 구조를 바탕으로 도체와 부도체의 성질을 비교 분석한 내용 중 가장 과학적인 것은?

• ① 도체인 중심 심선과 부도체인 겉 피복 모두 자유 전자가 풍부하여 전류를 밖으로 내보낸다.
• ② 부도체는 전기를 차단하므로 전선에 사용하면 안 되며, 오직 도체만으로 전선을 만들어야 효율이 높다.
• ③ 전선 내부의 도체는 고무로 만들어 전기를 막고, 외부의 피복은 구리로 만들어 전기를 흐르게 한다.
• ④ 전선의 중심은 유리를 써서 빛을 통과시키고 외부 피복은 세라믹을 써서 열을 막아내는 구조이다.
• ⑤ 중심부의 도체는 자유 전자가 많아 전류를 목적지까지 전달하고, 겉면의 부도체 피복은 누전을 차단하여 안전을 보장한다.

정답: ⑤

안전하고 완벽한 전선이 되려면 두 친구의 환상적인 콤비 플레이가 필요해요. 안쪽(도체)은 전기가 거침없이 달릴 수 있는 시원한 고속도로 역할을 톡톡히 해줘야 하고, 바깥쪽(부도체)은 쌩쌩 달리는 전기가 엉뚱한 곳으로 튀어나가지 않게 막아주는 튼튼한 터널 벽 역할을 해야 하죠. 이 구조를 가장 잘 분석한 ⑤번이 정답입니다!