전자파 및 평면파

전기기사 필기 2006년 2회 1번

Q: 포인팅 벡터의 방향은 무엇을 의미하나요?

전계($\mathbf{E}$)에서 자계($\mathbf{H}$) 방향으로 오른나사를 돌릴 때 진행하는 방향이며, 이는 전자파의 에너지 전파 방향을 의미합니다.

Q: 전력 밀도의 단위가 $[W/m^2]$인 이유는 무엇인가요?

전계($V/m$)와 자계($A/m$)의 곱은 $(V \cdot A)/m^2$이 되며, 전압과 전류의 곱인 $V \cdot A$는 전력($W$)이므로 $[W/m^2]$가 됩니다.

과목 / 챕터	전기자기학 / 전자계
인지 유형	memory
난이도	Level 1

Q문제

전계

E [V / m]

, 자계

H [A / m]

의 전자계가 평면파를 이루고 자유 공간으로 전파 될 때, 단위 시간당 전력 밀도는 몇

[W / m^{2}]

인가?

유사 문제 링크

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선택지 분석

1/2 E H

오답 함정 분석

평균 전력 밀도 계산 시 발생하는 계수 1/2과 혼동한 결과입니다.

1/2 E^{2} H

오답 함정 분석

전계의 제곱항이 포함되어 물리적 차원이 전력 밀도와 일치하지 않습니다.

E^{2} H

오답 함정 분석

차원 분석 결과 전력 밀도의 단위인

[W / m^{2}]

를 만족하지 못하는 수식입니다.

E H

정답 상세 해설

단위 시간당 전력 밀도는 포인팅 벡터의 크기인

E H

와 같습니다.

•

Step 1: 포인팅 벡터(

S

)의 정의를 이용합니다. 전자기파가 진행할 때 단위 시간당 단위 면적을 지나는 에너지 흐름은

S = E \times H

로 정의됩니다.

•

Step 2: 평면파의 기하학적 특성을 적용합니다. 자유 공간에서 전파되는 평면파의 경우 전계(

E

)와 자계(

H

)는 서로 수직인 관계를 가집니다.

•

Step 3: 전력 밀도의 크기를 산출합니다. 두 벡터가 수직(

9 0^{\circ}

)이므로 외적의 크기는

S = ∣ E ∣∣ H ∣ sin 9 0^{\circ} = E H

가 됩니다. 따라서 단위 시간당 전력 밀도는

E H [W / m^{2}]

입니다.

자주 묻는 질문

포인팅 벡터의 방향은 무엇을 의미하나요?

전계(

E

)에서 자계(

H

) 방향으로 오른나사를 돌릴 때 진행하는 방향이며, 이는 전자파의 에너지 전파 방향을 의미합니다.

전력 밀도의 단위가

[W / m^{2}]

인 이유는 무엇인가요?

전계(

V / m

)와 자계(

A / m

)의 곱은

(V \cdot A) / m^{2}

이 되며, 전압과 전류의 곱인

V \cdot A

는 전력(

W

)이므로

[W / m^{2}]

가 됩니다.

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