전속밀도
전기기사 필기 2008년 2회 17번
| 과목 / 챕터 | 전기자기학 / 유전체 |
|---|---|
| 인지 유형 | memory |
| 난이도 | Level 2 |
Q문제
유전체 내의 전속밀도를 정하는 원천은?
선택지 분석
1
유전체의 유전률이다.
오답 함정 분석
유전율은 전속밀도와 전계의 세기 사이의 비례 상수를 나타내는 매질의 특성일 뿐 전속을 발생시키는 원천이 아닙니다.
2
분극 전하만이다.
오답 함정 분석
분극 전하는 외부 전계에 의해 유전체 내부에서 발생하는 종속적인 전하이며 전속밀도의 독립적인 원천이 될 수 없습니다.
진전하만이다.
정답 상세 해설
전속밀도는 유전체의 성질과 관계없이 외부에서 주어진 진전하(Free charge)에 의해서만 결정됩니다.
•
Step 1: 가우스의 정리에 의하면 폐곡면을 통과하는 전체 전속은 그 면 내부의 진전하량과 같습니다. 수식으로는 로 나타냅니다.
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Step 2: 전속밀도()는 전계()와 분극의 세기()의 합으로 정의되며(), 이는 매질 내의 분극 현상을 포함하여 진전하만을 원천으로 삼기 위한 정의입니다.
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Step 3: 따라서 유전체 내부의 전속밀도를 결정하는 근본적인 원천은 오직 진전하뿐입니다.
4
진전하와 분극 전하이다.
오답 함정 분석
전계의 세기는 진전하와 분극 전하 모두에 영향을 받지만 전속밀도는 오직 진전하에 의해서만 결정되도록 정의된 물리량입니다.
자주 묻는 질문
Q.
전속밀도가 유전율의 영향을 받지 않는 이유는 무엇인가요?
전속밀도는 매질의 특성에 좌우되지 않고 외부에서 가해진 전하량(진전하)에 의해서만 결정되도록 정의된 개념이기 때문입니다.
Q.
분극 전하는 전속밀도 계산에서 왜 제외되나요?
분극 전하에 의한 효과는 전속밀도 정의식 내부의 분극의 세기(P) 항에 이미 반영되어 있어 결과적으로 외부 진전하만 고려하면 되기 때문입니다.