전기력선
전기기사 필기 2006년 2회 8번
| 과목 / 챕터 | 전기자기학 / 진공 중의 정전계 |
|---|---|
| 인지 유형 | memory |
| 난이도 | Level 2 |
Q문제
정전계에 대한 설명 중 틀린 것은?
선택지 분석
1
도체에 주어진 전하는 도체 표면에만 분포한다.
오답 함정 분석
정전계 상태에서 도체 내부의 전계는 0이므로, 전하들 사이의 반발력에 의해 모든 전하는 도체 표면에만 분포하게 됩니다.
2
중공도체에 준 전하는 외부 표면에만 분포하고 내면에는 존재하지 않는다.
오답 함정 분석
중공도체(속이 빈 도체) 내부에는 전하가 존재하지 않으며, 가우스 법칙에 따라 모든 과잉 전하는 외부 표면으로 이동합니다.
3
단위전하에서 나오는 전기력선의 수는 개다.
오답 함정 분석
가우스의 정리에 의해 전하 Q에서 발생하는 전기력선의 총수는 이므로, 단위전하(Q=1)일 때 개가 되는 것은 옳은 설명입니다.
전기력선은 전하가 없는 곳에서는 서로 교차한다.
정답 상세 해설
전기력선은 전계 내의 임의의 한 점에서의 전계 방향이 유일해야 하므로 서로 교차하거나 분리되지 않습니다.
•
Step 1: 전기력선의 기본 성질을 확인합니다. 전기력선은 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 향하며, 양전하에서 시작하여 음전하에서 끝납니다.
•
Step 2: 전계의 유일성을 검토합니다. 전계 내의 특정 지점에서 전계의 세기와 방향은 물리적으로 단 하나만 존재해야 합니다.
•
Step 3: 교차 시 발생하는 모순을 분석합니다. 만약 전기력선이 서로 교차한다면, 그 교차점에서 전계의 방향이 두 개가 되는 모순이 발생합니다. 따라서 전기력선은 전하가 없는 곳에서 절대로 교차하지 않습니다.
자주 묻는 질문
Q.
전기력선이 서로 교차할 수 없는 이유는 무엇인가요?
전기력선상의 한 점에서의 접선 방향은 그 점에서의 전계 방향을 의미하는데, 교차하게 되면 한 점에서의 전계 방향이 두 개가 되어 물리적으로 불가능하기 때문입니다.
Q.
도체 내부에는 왜 전기력선이 존재하지 않나요?
정전계 상태의 도체 내부 전계는 0이므로, 전계의 흐름을 나타내는 전기력선 또한 존재할 수 없습니다.
Q.
전기력선의 밀도는 무엇을 결정하나요?
전기력선에 수직인 단위 면적을 통과하는 전기력선의 수는 그 점에서의 전계의 세기(전기력선의 밀도)와 같습니다.