전속밀도
전기기사 필기 2014년 3회 16번
| 과목 / 챕터 | 전기자기학 / 유전체 |
|---|---|
| 인지 유형 | memory |
| 난이도 | Level 2 |
Q문제
유전체 내의 전속밀도를 정하는 원천은?
선택지 분석
1
유전체의 유전율이다.
오답 함정 분석
유전율은 전계와 전속밀도의 비례 관계를 나타내는 상수일 뿐 전속을 생성하는 원천이 아닙니다.
2
분극 전하만이다.
오답 함정 분석
분극 전하는 유전체 내부의 전계 세기에 영향을 줄 뿐 전속밀도를 결정하는 독립적인 원천이 아닙니다.
진전하만이다.
정답 상세 해설
전속밀도는 유전체의 성질이나 분극 현상과 관계없이 오직 진전하(Free Charge)에 의해서만 결정됩니다.
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Step 1: 가우스 정리의 미분형인 ∇·D = ρv에서 D는 전속밀도, ρv는 진전하 밀도를 의미합니다.
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Step 2: 전속의 정의에 따라 1[C]의 정전하에서는 매질에 관계없이 1[C]의 전속이 발생하며, 이때의 전하는 외부에서 공급된 진전하를 의미합니다.
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Step 3: 유전체 내부에서 발생하는 분극 전하는 전계의 세기(E)를 변화시키는 요인이지만, 전속밀도(D)는 가우스 면 내부의 알짜 진전하량에 의해서만 정의됩니다.
4
진전하와 분극전하이다.
오답 함정 분석
전계의 세기는 진전하와 분극 전하 모두에 의존하지만 전속밀도는 오직 진전하에 의해서만 결정됩니다.
자주 묻는 질문
Q.
전속밀도가 유전율과 상관없는 이유는 무엇인가요?
전속밀도는 매질의 분극 특성을 배제하고 외부 진전하에 의한 영향만을 측정하기 위해 정의된 물리량이기 때문입니다.
Q.
분극 전하가 전속밀도에 영향을 주지 않는 근거는 무엇인가요?
가우스 정리에 따르면 폐곡면을 통과하는 총 전속은 그 내부의 진전하량과 같으며 분극 전하는 내부에서 상쇄되거나 고려되지 않습니다.