전기화학식 가스 센서는 … 유입된 가스가 센서의 전극들과 작용하여 산화 환원 반응을 하는 과정에서 생성되는 전류의 양을 측정하여 가스 누출을 검지하고 농도를 측정한다.(중략)
감지부는 … 작용 전극, 대응 전극, 기준 전극으로 구성되어 있다. 감지부는 평상시에도 기준 전극에서 생성되는 전류가 일정하게 흐르고 있고, 감지부의 전극들은 전해질이 녹아 있는 물속에 담겨 있다. 전해질은 물에 녹였을 때 전자의 이동을 가능하게 하여 전류를 생성하는 매개체의 역할을 한다. … 감지부에 도달한 가스는 먼저 작용 전극에서 물과 반응하여 수소 이온과 전자를 생성하는 산화 반응을 한다. 이러한 산화 반응을 활발히 유도하기 위해 작용 전극은 여러 개의 구멍으로 이루어진 다공성 막의 형태를 띠고 있으며, 산화 반응의 속도를 증가시키기 위해 백금과 같은 촉매로 코팅되어 있다. 산화 반응을 거쳐 발생한 수소 이온과 전자는 전해질을 매개체로 하여 대응 전극으로 이동하고, 대응 전극에서는 수소 이온과 전자가 후방부의 산소 유입구에서 공급된 산소와 결합하여 물이 되는 환원 반응이 일어나게 된다. 이 과정에서 작용 전극과 대응 전극 사이의 전자의 이동량만큼 전류가 발생하고, 발생하는 전류의 양은 유입된 가스의 농도에 비례한다.
마지막으로 후방부는 … 집전장치와 센서 핀, 산소 유입구로 구성되어 있다. … 센서 핀에서는 새롭게 생성된 전류의 양과 평상시 흐르는 전류의 양을 비교하여 새롭게 생성된 전류의 양이 더 많다면 가스 누출을 검지하고 가스의 농도를 측정하게 된다.
-2023학년도 교육청 전국 연합 학력 평가-
[지문 키워드]가스가 센서의 전극들과 작용하여 산화환원반응을 하는 과정에서 생성되는 전류의 양을 측정함으로써 가스 누출을 검지하고 농도를 측정
철수 쌤은 과학기술에 관한 글을 읽을 때 현상과 원리를 같이 생각하는 버릇이 있다. 지문에서도 전기화학식 가스 센서라는 기계장치에 대해 설명하고 있는데, 이때 현상은 ‘가스 누출’과 ‘농도’이고, 원리는 ‘산화환원반응을 하는 과정에서 생성되는 전류의 양을 측정’하는 것이다. 이 경우 철수 쌤은 크게 두 가지 국어 능력을 활용한다. 하나는 다음과 같이 구조와 시간 순서를 고려해 내용을 정리하는 것이다. 또 다른 하나는 주어진 양의 용매나 용액에 들어 있는 용질의 양인 ‘농도’라는 말을 고려해 질(質)뿐 아니라 양(量)까지 따지는 국어 능력을 활용해 다음과 같이 글을 읽는 것이다. 이렇게 하면 전류의 발생 여부는 가스 누출 검지를, 전류의 양은 가스의 농도와 관련 있음을 이해할 수 있다.
[지문 키워드]기준 전극에서 … 먼저 작용 전극에서 … 대응 전극에서는 … 센서 핀에서는
철수 쌤은 기계장치에 관한 글을 읽을 때 구조의 분석이라는 국어 능력을 활용한다. 지문의 전자화학식 가스 센서는 크게 ‘감지부’와 ‘후방부’라는 구성 요소로 된 구조다(또 다른 구성 요소인 유입부에 관한 내용은 중략했다). 그것들은 각각 ‘작용 전극, 대응 전극, 기준 전극’, ‘집전장치와 센서 핀, 산소 유입구’라는 구성 요소로 분석할 수 있는 구조다. 그래서 철수 쌤은 다음과 같은 계층 구조도를 그리며 읽는다. 철수 쌤은 구조 분석을 하는 글에서 눈여겨보는 것은 구성 요소 사이의 관계다. 지문에서도 ‘작용 전극’은 ‘산화반응’을, ‘대응 전극’은 ‘환원반응’을 하고, 산화반응을 통해 발생한 ‘수소 이온’과 ‘전자’를 환원반응에서는 이용한다고 했다. 나아가 작용 전극과 대응 전극 사이의 전자의 이동량, 즉 ‘새롭게 생성된 전류의 양’은 기준 전극의 ‘평시 흐르는 전류의 양’과 센서 핀에서 ‘비교’된다고 했다. 종류를 분류하는 글에서 각각의 차이를 눈여겨보는 것과 달리 구조를 분석하는 글에서는 이렇게 구성 요소 사이의 관계를 파악하며 읽어야 하는 것이다.
[지문 키워드]산화반응을 활발히 유도하기 위해 … 산화반응의 속도를 증가시키기 위해 … 전류의 양은
일전에 철수 쌤은 ‘빠르다’와 같이 여러 의미를 갖고 있는 어휘를 읽을 때 유의한다고 했다. 지문에서도 ‘산화반응을 활발히 유도하다’와 ‘산화반응의 속도를 증가시키다’를 이해할 때 그러했다. 즉 전자는 산화반응을 이른 시간에 하도록 하는 것을, 후자는 짧은 시간에 하도록 하는 것을 말한다고 이해한 것이다.
나아가 철수 쌤은 인과관계와 함수관계를 생각하며 읽어야 할 때를 잘 알고 있다. 지문에서도 산화반응의 발생 시간과 작용 전극의 다공성, 산화반응의 속도와 촉매 사이에는 인과관계가 있음을 설명하고 있다.
