자계와 전류 사이의 힘
전기기사 필기 2006년 1회 4번
| 과목 / 챕터 | 전기자기학 / 자계 |
|---|---|
| 인지 유형 | memory |
| 난이도 | Level 2 |
Q문제
평등자계를 얻는 방법으로 가장 알맞은 것은?
선택지 분석
1
길이에 비하여 단면적이 충분히 큰 솔레노이드에 전류를 흘린다.
오답 함정 분석
솔레노이드의 길이가 단면적에 비해 짧으면 내부 자계가 균일하지 않고 양 끝단에서 자력선이 퍼지는 현상이 발생합니다.
단면적에 비하여 길이가 충분히 긴 솔레노이드에 전류를 흘린다.
정답 상세 해설
Step 1: 무한장 솔레노이드 내부 자계의 성질을 이용합니다. 무한장 솔레노이드 내부의 자계 세기는 H = nI로 위치에 관계없이 일정하며 방향 또한 축 방향으로 일정한 평등자계를 형성합니다.
•
Step 2: 실제 환경에서 평등자계를 구현하기 위한 조건을 검토합니다. 이론적인 무한장 솔레노이드를 모사하기 위해서는 솔레노이드의 반지름이나 단면적에 비해 그 길이가 충분히 길어야 단부 효과(End effect)를 최소화할 수 있습니다.
•
Step 3: 따라서 단면적에 비해 길이가 충분히 긴 솔레노이드 내부에 전류를 흘리면 중심부에서 매우 균일한 평등자계를 얻을 수 있습니다.
3
단면적에 비하여 길이가 충분히 긴 원통형 도선에 전류를 흘린다.
오답 함정 분석
원통형 도선(직선 도체)에 흐르는 전류는 도선 주위에 동심원 모양의 자계를 형성하며, 중심으로부터의 거리에 따라 자계의 세기가 변하므로 평등자계가 아닙니다.
4
길이에 비하여 단면적이 충분히 큰 원통형 도선에 전류를 흘린다.
오답 함정 분석
원통형 도선은 형상과 관계없이 자계의 세기가 거리에 반비례하여 변하므로 평등자계를 얻기에 부적합한 구조입니다.
자주 묻는 질문
Q.
평등자계란 무엇을 의미하나요?
자계 내의 모든 지점에서 자계의 세기와 방향이 동일하게 유지되는 자계를 의미합니다.
Q.
왜 솔레노이드의 길이가 단면적보다 길어야 하나요?
솔레노이드의 길이가 충분히 길어야 내부에서 자력선이 평행하게 유지되어 균일한 자계 분포를 형성할 수 있기 때문입니다.