[PSAT 기출] 2024 5급 언어논리 나책형 38번 해설 – 전자의 전이시간 강화 약화 문제

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2 문제
3 문제 해설
4 2024 5급 PSAT 언어논리
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개요

다음은 2024년 국가공무원 5급 언어논리영역 나책형 38번 문제 해설이다.

문제

38. 다음 글의 ㉠에 대한 평가로 적절한 것만을 <보기>에서 모두 고르면?

원자 내의 전자가 빛의 에너지를 받아 특정 에너지 상태에 있다가 다른 에너지 상태로 바뀌는 것을 전자의 전이라고 하며, 전이에 걸리는 시간을 전이시간이라고 한다. 전자의 전이시간을 측정하는 방법 중 하나는 시간상관 단일광자 계수법이다. 물질에 빛을 쬐면 일정 시간 후 빛이 다시 방출되는데, 이 방법에서는 그 시간을 측정하여 해당 물질 속 전자의 전이시간을 구한다. 전이시간은 물질의 종류에 따라 달라질 뿐만 아니라, 물질에 입사하는 빛의 파장에 따라서도 달라진다.

시간상관 단일광자 계수법을 활용할 때 고려할 것이 있다. 물질에 빛이 입사하는 순간과 빛이 다시 방출되는 순간 사이의 시간은 검출기로 측정하는데, 이때 오차로 인한 지연 시간이 발생한다. 이 지연되는 시간을 기기반응함수값이라 한다. 따라서 시간상관 단일광자 계수법으로 측정된 전이시간은 전자의 전이시간과 기기반응함수값의 합과 같다. 기기반응함수값은 물질에서 방출된 빛을 검출하는 검출기의 감도에 따라 달라지는데, 그 값은 검출기의 감도가 민감할수록 작아진다.

한 과학자는 ㉠ 동일한 물질에 입사하는 빛의 파장이 짧을수록 전자의 전이시간이 더 길어진다는 가설을 세우고 다음 실험을 수행하였다.

<실 험>

과학자는 파장이 서로 다른 광원 A와 B를 준비하였다. 파장은 광원 A가 B보다 더 짧았다.

실험1: 광원 A를 사용하여 물질 X에 빛을 쬔 후, 검출기 I을 통해 시간상관 단일광자 계수법으로 전자의 전이시간을 측정하였다.

실험2: 광원 B를 사용하여 물질 X에 빛을 쬔 후, 검출기 II를 통해 시간상관 단일광자 계수법으로 전자의 전이시간을 측정하였다.

<보 기>

ㄱ. 검출기 I의 감도가 II와 동일했고 측정된 전이시간이 실험 1과 실험 2에서 같았다면, ㉠은 약화된다.

ㄴ. 검출기 I의 감도가 II보다 덜 민감했고 측정된 전이시간이 실험 1보다 실험 2에서 더 짧았다면, ㉠은 강화된다.

ㄷ. 검출기 I의 감도가 II보다 더 민감했고 측정된 전이시간이 실험 1보다 실험 2에서 더 짧았다면, ㉠은 약화된다.

① ㄱ

② ㄴ

③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ

⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

출처: 사이버국가고시센터

문제 해설

측정된 전이시간 = 전자의 전이시간 + 기기반응함수값

전자의 전이시간 = 측정된 전이시간 – 기기반응함수값

기기반응함수값은 검출기의 감도가 민감할수록 작아진다.

<실 험>

파장은 광원 A가 B보다 더 짧았다.

한 과학자가 동일한 물질에 입사하는 빛의 파장이 짧을수록 전자의 전이시간이 더 길어진다는 가설을 세웠으므로, 이 가설이 맞다면 광원 A의 파장이 광원 B의 파장보다 더 짧기 때문에 동일한 물질에 입사하는 전자의 전이시간은 광원 A가 더 길 것이다.

실험 1: 전자의 전이시간(광원 A) = 측정된 전이시간(광원 A) – 기기반응함수값(검출기 I)

실험 2: 전자의 전이시간(광원 B) = 측정된 전이시간(광원 B) – 기기반응함수값(검출기 II)

실험 1 식에서 실험 2 식을 빼면,

[전자의 전이시간(광원 A) – 전자의 전이시간(광원 B)] = [측정된 전이시간(광원 A) – 측정된 전이시간(광원 B)] – [기기반응함수값(검출기 I) – 기기반응함수값(검출기 II)]

이 된다.

가설이 맞다면, 광원 A를 사용하여 물질 X에 빛을 쬈을 때가 광원 B를 사용하여 물질 X에 빛을 쬈을 때보다 전자의 전이시간이 더 길 것이다. 그러므로 [전자의 전이시간(광원 A) – 전자의 전이시간(광원 B)]은 양수(+)가 된다.

기기반응함수값은 검출기의 감도가 민감할수록 작아지기 때문에 [기기반응함수값(검출기 I) – 기기반응함수값(검출기 II)]은 각 검출기의 감도에 따라 달라진다.

ㄱ. 검출기 I의 감도가 II와 동일했고 측정된 전이시간이 실험 1과 실험 2에서 같았다면, ㉠은 약화된다.

검출기 I의 감도가 II와 동일했다면, [기기반응함수값(검출기 I) – 기기반응함수값(검출기 II)]은 0이 된다.

측정된 전이시간 역시 실험 1과 실험 2에서 같았다면, [측정된 전이시간(광원 A) – 측정된 전이시간(광원 B)]은 0이 된다.

결국 [전자의 전이시간(광원 A) – 전자의 전이시간(광원 B)]은 양수(+)가 아닌 0이 된다.

그러므로 ㉠은 약화된다.

따라서 보기의 내용은 옳다.

ㄴ. 검출기 I의 감도가 II보다 덜 민감했고 측정된 전이시간이 실험 1보다 실험 2에서 더 짧았다면, ㉠은 강화된다.

검출기 I의 감도가 II보다 덜 민감했다면, [기기반응함수값(검출기 I) – 기기반응함수값(검출기 II)]은 양수(+)가 된다.

측정된 전이시간이 실험 1보다 실험 2에서 더 짧았다면, [측정된 전이시간(광원 A) – 측정된 전이시간(광원 B)]은 양수(+)가 된다.

[전자의 전이시간(광원 A) – 전자의 전이시간(광원 B)]은 양수(+) – 양수(+)가 되는데, 각 값에 따라 최종값은 양수(+), 0, 또는 음수(-)가 될 수 있다.

그러므로 ㉠은 강화도 약화도 되지 않는다.

따라서 보기의 내용은 옳지 않다.

ㄷ. 검출기 I의 감도가 II보다 더 민감했고 측정된 전이시간이 실험 1보다 실험 2에서 더 짧았다면, ㉠은 약화된다.

검출기 I의 감도가 II보다 더 민감했다면, [기기반응함수값(검출기 I) – 기기반응함수값(검출기 II)]은 음수(-)가 된다.

측정된 전이시간이 실험 1보다 실험 2에서 더 짧았다면, [측정된 전이시간(광원 A) – 측정된 전이시간(광원 B)]은 양수(+)가 된다.

[전자의 전이시간(광원 A) – 전자의 전이시간(광원 B)]은 양수(+) – 음수(-)가 되므로, 결국 양수가 된다.

그러므로 ㉠은 강화된다.

따라서 보기의 내용은 옳지 않다.

정답은 ①번이다.

개요

문제

문제 해설

2024 5급 PSAT 언어논리

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