전기영상법

전기기사 필기 2011년 3회 16번

Q문제

접지된 구도체와 점전하간에 작용하는 힘은?

유사 문제 링크

선택지 분석

항상 흡입력이다.

접지된 구도체와 점전하 사이에는 전기영상법에 의해 항상 흡입력이 작용합니다.

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Step 1: 전기영상법의 원리를 적용합니다. 접지된 구도체 외부에 점전하 +Q가 존재하면, 구도체 내부에는 영상전하 Q'가 유도됩니다.

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Step 2: 영상전하의 크기를 산출합니다. 구의 반지름을 a, 구의 중심에서 점전하까지의 거리를 d라고 할 때, 영상전하 Q' = -(a/d)Q가 됩니다.

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Step 3: 전하 간의 작용력을 판별합니다. 원본 점전하 Q와 영상전하 Q'는 항상 부호가 반대이므로, 두 전하 사이에는 거리나 전하량에 관계없이 항상 흡입력이 발생합니다.

항상 반발력이다.

영상전하는 원본 전하와 항상 반대 부호로 유도되므로 반발력이 발생할 수 없습니다.

조건적 흡입력이다.

전하의 크기나 거리에 상관없이 영상전하의 부호는 항상 반대이므로 조건에 따라 변하지 않습니다.

조건적 반발력이다.

접지된 도체와 점전하 사이에는 물리적으로 반발력이 작용할 수 있는 조건이 존재하지 않습니다.

영상전하의 위치는 구체적으로 어디인가요?

구의 중심에서 점전하가 있는 방향으로 a²/d 만큼 떨어진 지점에 위치합니다.

구도체가 접지되지 않은 경우에는 어떻게 되나요?

접지되지 않은 경우에는 구의 전위나 전하량 조건에 따라 별도의 영상전하를 추가로 배치하여 계산해야 하므로 힘의 방향이 달라질 수 있습니다.

영상전하의 부호가 왜 항상 반대인가요?

접지된 도체 표면의 전위를 0으로 유지하기 위해 외부 전하와 반대되는 극성의 전하가 유도되기 때문입니다.