전자파 및 평면파

전기기사 필기 2005년 1회 17번

오른나사 법칙에 따라 전계($E$) 방향에서 자계($H$) 방향으로 회전시킬 때 나사가 나아가는 방향이 에너지의 전파 방향이 됩니다.

Q문제

전계

E [V / m]

및 자계

H [A T / m]

인 전자파가 자유공간 중을 빛의 속도로 전파될 때 단위시간에 단위면적을 지나는 에너지는 몇

[W / m^{2}]

인가? (단,

C

는 빛의 속도를 나타낸다.)

유사 문제 링크

선택지 분석

E H

단위시간당 단위면적을 지나는 에너지인 포인팅 벡터의 크기는 전계와 자계의 세기를 곱한 값과 같습니다.

•

Step 1: 포인팅 벡터(

S

)는 전자기파가 진행할 때 단위 시간당 단위 면적을 통과하는 에너지 흐름을 나타내며, 벡터곱

S = E \times H

로 정의됩니다.

•

Step 2: 자유공간에서 전계(

E

)와 자계(

H

)는 서로 수직인 관계를 가지므로, 포인팅 벡터의 크기

S

는

E H sin (9 0^{\circ}) = E H

가 됩니다.

•

Step 3: 단위 차원을 확인하면

[V / m] \times [A / m] = [V A / m^{2}] = [W / m^{2}]

가 되어 문제에서 제시한 에너지 전송 밀도 단위와 정확히 일치합니다.

E H^{2}

자계의 제곱에 비례하는 형태는 에너지 밀도(

J / m^{3}

)와 관련된 차원이며, 포인팅 벡터의 크기 정의에 어긋납니다.

E^{2} H

전계의 제곱에 비례하는 형태는 에너지 밀도(

J / m^{3}

)와 관련된 차원이며, 포인팅 벡터의 크기 정의에 어긋납니다.

\frac{1}{2} C E^{2} H^{2}

빛의 속도와 전계, 자계의 제곱이 결합된 형태는 포인팅 벡터의 물리적 정의 및 단위(

W / m^{2}

)와 일치하지 않습니다.

포인팅 벡터의 물리적 의미는 무엇인가요?

전자기파가 전파될 때 단위 시간당 단위 면적을 수직으로 통과하는 에너지의 양을 의미합니다.

자유공간에서 전계와 자계의 위상 관계는 어떻게 되나요?

자유공간(진공) 내의 평면파에서 전계와 자계는 시간적, 공간적으로 동일한 위상을 가집니다.

포인팅 벡터의 방향은 어떻게 결정되나요?

오른나사 법칙에 따라 전계(

E

) 방향에서 자계(

H

) 방향으로 회전시킬 때 나사가 나아가는 방향이 에너지의 전파 방향이 됩니다.