[2015 EBS 수능특강 A] - 실전 모의고사 1회 - ‘무선 충전 기술’

[구렛나루]

[29~30] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

최근 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등 휴대용 전자 제품의 보급이 늘어나고 있고, 성능은 나날이 향상되고 있다. 그러나 배터리의 문제로 인해 이들 기기를 장시간 사용하기 어려울 뿐만 아니라 소형화하는 데도 어려움이 있다. 배터리 기술 발전이 더딘 상황에서 이러한 한계를 극복할 수 있는 방안으로 각광받고 있는 신기술 이 바로 무선 충전 기술이다.

무선 충전 기술이란 전원 케이블을 연결하지 않고 전기 에너지를 무선 전송이 가능한 전자기파로 변환시켜서 전달하는 전력 전송 시스템으로서 새로운 개념의 전기 공급 및 이용 기술을 말한다. 이러한 아이디어는 이미 19세기 말 에디슨 회사의 연구원이었던 테슬라가 제안한 것으로, 그는 무선으로 수십 센티미터 떨어진 네온등에 불을 켤 수 있음을 입증하였다. 그 후 미국의 NASA에서도 거대한 수신 장치를 이용하여 1킬로미터가 넘는 거리에 30킬로와트의 전기를 송신하는 데 성공한 적이 있으나, 몸에 해로운 고출력 전파를 사용하였기 때문에 일상의 제품에 적용되지 못하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 현재 상용화* 되어 표준화*까지 이루어진 방법으로 ‘전자기 유도 방식’이 있고, ‘자기 공명 방식’은 상용화와 표준화가 진행 중이다.

전자기 유도 방식은 전자기 유도 현상을 이용하는 것이다. 전자기 유도란 코일에 자석을 넣었다가 빼서 자기장의 변화가 생기면 코일에 전류가 생기는 원리를 말한다. 이러한 원리를 무선 충전 방식에 이용할 수 있는 데, 충전기에 있는 코일에 전류가 흘러 자기장이 발생하면 기기에 내장된 코일에 자기장의 변화가 가해지게 된다. 이 때문에 기기에 내장된 코일에도 전류가 발생하면서 충전이 된다. 이러한 기술은 이미 십여 년 전부터 전동 칫솔 등의 충전에 도입되었다. 이 방식은 전력 전송 효율이 90% 이상으로 매우 높지만, 송신 코일과 수신 코일의 중심이 정확히 일치하지 않으면 전력 전송 효율이 급격히 저하된다. 그리고 충전할 수 있는 거리가 몇 센티미터가 한계이고, 충전할 수 있는 거리를 길게 하려면 더 강한 전류를 흘려야 하므로 인체에 유해 한 전자파가 발생한다는 문제가 있다.

이러한 짧은 거리의 한계를 극복할 수 있는 기술이 자기 공명 현상을 이용하는 방법이다. 공명이란 외부에서 발생한 주파수가 어떤 물체가 갖고 있는 고유 주파수와 동일하면 그 물체가 함께 진동하면서 진폭이 점점 커지는 현상을 말한다. 이 원리를 이용하기 위해서는 충전기와 충전하려는 기기에 고유 주파수가 같은 공진 코일을 장착하면 된다. 그러면 먼 거리에서도 공진 현상에 의한 충분한 자기장을 확보할 수가 있어서 전자기 유도 방식보다 더 먼 거리에서도 무선 충전이 가능하다.

*상용화: 제품으로 출시되어 일상적으로 쓰임.

*표준화: 제품의 종류, 품질, 모양, 크기 따위를 일정한 기준에 따라 통일함.

29 윗글을 읽고 <보기>의 ‘무선 충전 존’에 대해 보인 반응으로 적절하지 않은 것은?

<보기>

무선 충전 존이 뜬다!

최근 근거리에서 무선 통신을 이용할 수 있는 와이파이 존과 비슷한 개념의 공간인 무선 충전 존이 주목을 받고 있다. 무선 충전 존은 수 미터 범위 안에서 스마트폰이나 태블릿 PC와 같은 모바일 기기들을 자동으로 충전할 수 있는 구역을 말한다.

① 아직 완전히 상용화와 표준화가 된 것은 아니겠군.

② 충전 구역 범위를 넓히기 위해 강한 전류를 사용해야겠군.

③ 배터리 기술의 발전이 더딘 상황에서 대안이 될 수 있겠군.

④ 무선 충전을 하려면 모바일 기기에 공진 코일이 있어야겠군.

⑤ 무선 충전 존의 주파수와 모바일 기기의 주파수가 같아야겠군.

30 <보기>는 무선 충전의 원리를 설명하기 위한 자료이다. 이에 대한 이해로 적절하지 않은 것은? [3점]

<보기>

① ㄱ의 자기장 범위는 전류의 세기에 비례한다.

② ㄱ은 전동 칫솔 충전기의 아래쪽 판에 해당한다.

③ ㄴ에서는 자기장의 변화로 인해 전류가 생성된다.

④ ㄴ에서 형성된 자기장은 배터리의 자기장을 변화시킨다.

⑤ ㄱ과 ㄴ의 중심이 맞지 않으면 전력 전송 효율이 떨어진다.

도움자료

[2015 EBS 수능특강 A] 

29~30

‘무선 충전 기술’

해제 이 글은 모바일 기기가 늘어난 현재 각광받고 있는 무선 충전

기술에 대해 설명하고 있다. 무선 충전 기술에는 현재 상용화와 표준화가 이루어진 ‘전자기 유도 방식’이 있고, 상용화와 표준화가 진행 중인 ‘자기 공명 방식’이 있다. ‘전자기 유도 방식’은 자기 유도 현상을 이용한 것으로 충전할 수 있는 거리가 몇 센티미터 정도로 짧고, 충전 거리를 길게 하려면 인체에 유해한 전자파가 발생한다는 문제점이 있다. 이러한 짧은 거리의 한계를 극복하기 위한 기술이 ‘자기 공명 방식’인데 이 방식은 자기 공명 현상을 이용하여 더 먼 거리에서도 충전할 수 있도록 한 방식이다.

주제 무선 충전 기술의 방식과 원리

구성

•1문단: 배터리의 한계를 극복하는 방안으로 각광받는 무선 충전 기술

•2문단: 무선 충전 기술의 역사와 방식

•3문단: 전자기 유도 방식의 원리와 특징

•4문단: 자기 공명 방식의 원리와 특징

29 반응의 적절성 평가

[정답이 정답인 이유]

② 실마리 강한 전류 사용

무선 충전 존은 수 미터 범위 안에서 충전을 할 수 있다고 하였으므로 전자기 유도 방식으로는 구현할 수 없다. 강한 전류를 사용하여 구역의 범위를 넓히는 것은 전자기 유도 방식에서 사용하는 것이며, 강한 전류를 사용했을 경우 인체에 유해한 전자파가 발생하기 때문에 무선 충전 기술로 적절하지 않다.

[오답이 오답인 이유]

① 실마리 상용화와 표준화

무선 충전 존은 자기 공명 방식을 사용하는 것이므로 아직 상용화와 표준화가 이루어진 것은 아니다.

④ 실마리 공진 코일

자기 공명 방식으로 무선 충전을 하려면 충전기와 모바일 기기에 공진 코일이 있어야 한다.

⑤ 실마리 주파수

자기 공명 방식에서는 고유 주파수가 같을 때 에너지가 갑자기 커지는 공명 현상을 이용한다.

30 세부 정보 파악

[정답이 정답인 이유]

④ 실마리 배터리의 자기장을 변화시킨다

<보기>는 전자기 유도 방식을 나타낸 것이다. 전자기 유도 방식은 송신 코일(ㄱ)에 전류를 흘려 자기장을 발생시키면 수신 코일(ㄴ)의 자기장에 변화가 가해지면서 전류가 생겨 배터리로 흘러들어 가는 것이다. 그러므로 배터리의 자기장을 변화시킨다는 설명은 적절하지 않다.

[오답이 오답인 이유]

① 실마리 전류의 세기에 비례

전자기 유도 방식에서는 전류가 강하면 자기장의 범위도 넓어진다.

② 실마리 충전기의 아래쪽 판

ㄱ은 송신 코일이므로 아래쪽 판에 해당한다.

③ 실마리 전류가 생성

ㄴ은 수신 코일로 송신 코일에서 생긴 자기장의 영향으로 전류가 생성된다.

⑤ 실마리 중심이 맞지 않으면 전력 전송 효율이 떨어진다

전자기 유도 방식에서는 송신 코일과 수신 코일의 중심이 정확하게 맞지 않으면 전력 전송 효율이 떨어진다.