전자파 및 평면파

전기기사 필기 2007년 1회 16번

전계($E$)에서 자계($H$) 방향으로 오른나사를 돌릴 때 나사가 진행하는 방향이며, 이는 곧 전자파의 에너지 전파 방향과 같습니다.

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 에너지는 포인팅 벡터의 크기인

E H

와 같습니다.

•

Step 1: 포인팅 벡터(

S

)의 정의를 확인합니다. 포인팅 벡터는 전계(

E

)와 자계(

H

)의 외적(

S = E \times H

)으로 정의되는 벡터량입니다.

•

Step 2: 에너지의 크기를 계산합니다. 자유공간을 전파하는 평면파에서 전계와 자계는 서로 수직이므로, 그 크기

S

는

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

가 됩니다.

•

Step 3: 단위의 정합성을 검토합니다. 전계의 단위

[V / m]

와 자계의 단위

[A / m]

를 곱하면

[V A / m^{2}]

가 되며, 이는 전력 밀도의 단위인

[W / m^{2}]

와 동일합니다.

E H^{2}

자계의 제곱 항은 에너지 밀도 공식에는 등장하지만, 단위 면적당 전력 흐름을 나타내는 포인팅 벡터의 크기 식으로는 부적절합니다.

E^{2} H

전계의 제곱 항은 정전 에너지 밀도와 관련이 있으나, 전계와 자계의 곱으로 표현되는 포인팅 벡터의 정의와는 다릅니다.

1/2 (C E^{2} H^{2})

빛의 속도와 전계, 자계의 제곱이 혼합된 형태는 전자기파의 에너지 전송률을 나타내는 물리적 근거가 없는 식입니다.

포인팅 벡터의 물리적 의미는 무엇인가요?

전자파가 진행할 때 단위 시간당 단위 면적을 통과하는 에너지의 흐름인 전력 밀도를 의미합니다.

포인팅 벡터의 방향은 어떻게 결정되나요?

전계(

E

)에서 자계(

H

) 방향으로 오른나사를 돌릴 때 나사가 진행하는 방향이며, 이는 곧 전자파의 에너지 전파 방향과 같습니다.