전자파 및 평면파

전기기사 필기 2003년 2회 4번

Q문제

지구는 태양으로부터

P [k W / m^{2}]

의 방사열을 받고 있다. 지구 표면에서의 전계의 세기는 몇

V / m

인가?

유사 문제 링크

선택지 분석

377 P

전계의 세기 제곱에 비례하는 관계를 무시하고 단순히 임피던스와 전력을 곱한 오답입니다.

377 P

전력의 단위 변환(

k W \to W

)을 누락하고 수식을 잘못 적용한 오답입니다.

\frac{P}{377}

전계의 세기를 구하는 식을 잘못 적용하여 전력을 임피던스로 나눈 오답입니다.

377 P \times 1 0^{3}

지구 표면에서의 전계의 세기는 포인팅 벡터의 크기를 이용하여 계산할 수 있습니다.

•

Step 1: 포인팅 벡터

S

의 크기는 단위 면적당 전력(방사열)을 의미하며,

S = \frac{E ^{2}}{Z _{0}}

로 나타낼 수 있습니다. 여기서 자유공간의 고유 임피던스

Z_{0} \approx 377 [Ω]

입니다.

•

Step 2: 문제에서 주어진 방사열은

P [k W / m^{2}]

이므로, 기본 단위인

[W / m^{2}]

로 변환하면

S = P \times 1 0^{3} [W / m^{2}]

가 됩니다.

•

Step 3: 수식에 대입하여 전계의 세기

E

를 구합니다.

P \times 1 0^{3} = \frac{E ^{2}}{377}

이므로,

E^{2} = 377 P \times 1 0^{3}

이 되고, 양변에 제곱근을 취하면

E = 377 P \times 1 0^{3} [V / m]

가 됩니다.

포인팅 벡터란 무엇인가요?

포인팅 벡터는 전자파가 전파될 때 단위 면적당 단위 시간에 통과하는 에너지를 나타내는 벡터입니다. 크기는 전계와 자계의 외적으로 계산됩니다.

자유공간의 고유 임피던스는 어떻게 구하나요?

자유공간의 고유 임피던스는 진공의 투자율을 진공의 유전율로 나눈 값의 제곱근으로 구하며, 약 377옴(Ω)입니다.