전자파 및 평면파

전기기사 필기 2013년 3회 11번

Q: 포인팅 벡터의 방향은 어떻게 결정되나요?

전계($\mathbf{E}$)에서 자계($\mathbf{H}$) 방향으로 오른나사를 돌릴 때 나사가 나아가는 방향, 즉 전자기파의 진행 방향과 일치합니다.

Q: 단위가 $[W/m^2]$인 이유는 무엇인가요?

전압($V$)과 전류($A$)의 곱은 전력($W$)이므로, 전계($V/m$)와 자계($A/m$)의 곱은 단위 면적당 전력인 $[W/m^2]$가 됩니다.

과목 / 챕터	전기자기학 / 전자계
인지 유형	memory
난이도	Level 2

Q문제

전계

E [V / m]

, 자계

H [A T / m]

의 전자계가 평면파를 이루고 자유공간으로 전파될 때 진행방향에 수직되는 단위면적을 단위시간에 통과하는 에너지는 몇

[W / m^{2}]

인가?

유사 문제 링크

2005-1-q17 2005-1-q13 2008-1-q1 2008-3-q13 2018-1-q15

선택지 분석

E H^{2}

오답 함정 분석

자계의 제곱에 비례하는 형태는 에너지 밀도 공식인

1/2 μ H^{2}

와 혼동을 유도하는 오답입니다.

E H

정답 상세 해설

포인팅 벡터(

S

)의 정의를 이용합니다. 포인팅 벡터는 단위 시간당 단위 면적을 통과하는 에너지 흐름의 밀도를 나타내며, 전계(

E

)와 자계(

H

)의 외적인

S = E \times H

로 정의됩니다.

•

평면파의 기하학적 특성을 적용합니다. 자유공간에서 전파되는 평면파는 전계와 자계가 서로 수직하므로, 포인팅 벡터의 크기는

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

가 됩니다.

•

단위 분석을 통해 결론을 도출합니다. 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.

1/2 E H^{2}

오답 함정 분석

자계 에너지 밀도 공식과 전계 성분을 임의로 조합한 잘못된 수식입니다.

1/2 E H

오답 함정 분석

최댓값을 기준으로 한 평균 포인팅 벡터 계산 시 발생하는 계수

1/2

을 혼동하여 적용한 오답입니다.

자주 묻는 질문

포인팅 벡터의 물리적 의미는 무엇인가요?

전자기파가 전파될 때 단위 시간당 단위 면적을 통과하는 에너지의 흐름을 나타내는 벡터량입니다.

포인팅 벡터의 방향은 어떻게 결정되나요?

전계(

E

)에서 자계(

H

) 방향으로 오른나사를 돌릴 때 나사가 나아가는 방향, 즉 전자기파의 진행 방향과 일치합니다.

단위가

[W / m^{2}]

인 이유는 무엇인가요?

전압(

V

)과 전류(

A

)의 곱은 전력(

W

)이므로, 전계(

V / m

)와 자계(

A / m

)의 곱은 단위 면적당 전력인

[W / m^{2}]

가 됩니다.

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