도체계의 전하 및 전위분포
전기기사 필기 2011년 3회 3번
| 과목 / 챕터 | 전기자기학 / 진공 중의 도체계 |
|---|---|
| 인지 유형 | memory |
| 난이도 | Level 2 |
Q문제
대전도체 내부의 전위는?
선택지 분석
1
진공중의 유전율과 같다.
오답 함정 분석
유전율은 매질의 특성을 나타내는 상수로, 전위의 물리적 정의와는 무관합니다.
2
항상 0이다.
오답 함정 분석
도체 내부의 전계는 0이지만, 전위는 표면 전위와 동일한 값을 유지하므로 0이 아닐 수 있습니다.
도체표면 전위와 동일하다.
정답 상세 해설
대전된 도체 내부의 전위는 도체 표면의 전위와 같으며, 도체 전체는 등전위 상태를 유지합니다.
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Step 1: 정전기 평형 상태에서 도체 내부의 전계(E)는 0입니다. 이는 가우스 법칙에 따라 도체 내부에는 순전하가 존재하지 않고 전하가 표면에만 분포하기 때문입니다.
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Step 2: 전위(V)와 전계(E)의 관계식인 E = -grad V에 의해, 전계가 0이라는 것은 전위의 공간적 변화율이 0임을 의미합니다.
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Step 3: 따라서 도체 내부의 모든 지점은 전위 변화가 없으므로 표면에서의 전위값과 동일한 값을 가지게 됩니다.
4
대지 전압과 전하의 곱으로 표시한다.
오답 함정 분석
전압과 전하의 곱은 정전에너지를 의미하며, 전위의 정의와는 다릅니다.
자주 묻는 질문
Q.
도체 내부의 전계가 0인데 왜 전위는 0이 아닌가요?
전위는 기준점으로부터 해당 지점까지 전하를 옮기는 데 필요한 일입니다. 도체 표면까지 이동하며 수행한 일이 도체 내부에서도 그대로 유지되기 때문에 0이 아닙니다.
Q.
도체 내부의 전하 분포는 어떻게 되나요?
정전기 평형 상태의 도체 내부에는 전하가 존재하지 않으며, 모든 전하는 상호 반발력에 의해 도체의 가장 바깥쪽 표면에만 분포합니다.
Q.
등전위체란 무엇을 의미하나요?
물체 내부 및 표면의 모든 지점에서 전위가 일정한 물체를 의미하며, 대전된 도체는 대표적인 등전위체입니다.