전위
전기기사 필기 2008년 1회 19번
| 과목 / 챕터 | 전기자기학 / 진공 중의 정전계 |
|---|---|
| 인지 유형 | memory |
| 난이도 | Level 2 |
Q문제
정전계에서 도체의 성질을 설명한 것 중 옳지 않은 것은?
선택지 분석
1
전하는 도체의 표면에서만 존재한다.
오답 함정 분석
정전기 평형 상태의 도체 내부에는 전하가 존재하지 않으며, 모든 과잉 전하는 상호 반발력에 의해 도체의 가장 바깥쪽 표면에만 분포합니다.
2
대전된 도체는 등전위면이다.
오답 함정 분석
도체 내부의 전계가 0이므로 내부 어느 지점에서도 전위차가 발생하지 않으며, 이로 인해 도체 전체는 하나의 등전위체를 형성합니다.
3
도체 내부의 전계는 0이다.
오답 함정 분석
도체 내부에 전계가 존재하면 자유 전하가 이동하게 되므로, 전하가 정지한 정전계 상태에서는 내부 전계가 반드시 0이어야 합니다.
도체 표면상에서 전계의 방향은 모든 점에서 표면의 접선 방향이다.
정답 상세 해설
정전계 내 도체 표면의 전계 방향은 접선 방향이 아니라 표면에 수직인 법선 방향입니다.
•
Step 1: 만약 도체 표면에 전계의 접선 성분이 존재한다면, 표면의 자유 전하들이 전계의 힘을 받아 표면을 따라 이동하게 됩니다.
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Step 2: 전하가 이동하는 것은 정전기 평형 상태(정전계)에 어긋나므로, 전하가 정지해 있기 위해서는 접선 방향의 전계 성분이 0이어야 합니다.
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Step 3: 따라서 도체 표면의 전계는 오직 표면에 수직인 방향으로만 존재하며, 이는 전위 경도가 표면에 수직임을 의미합니다.
자주 묻는 질문
Q.
도체 내부의 전계가 왜 0이 되어야 하나요?
외부 전계에 의해 도체 내부의 자유 전하들이 재배치되면서 외부 전계를 완전히 상쇄하는 내부 전계를 형성하기 때문입니다.
Q.
도체 표면이 등전위면인 것과 전계의 방향은 어떤 관계가 있나요?
전계가 표면에 수직이면 표면을 따라 전하를 이동시킬 때 전계가 하는 일이 0이 되므로, 표면상의 모든 점은 전위가 같아지게 됩니다.