분극도와 전계
전기기사 필기 2020년 3회 1번
| 과목 / 챕터 | 전기자기학 / 유전체 |
|---|---|
| 인지 유형 | memory |
| 난이도 | Level 1 |
Q문제
분극의 세기 , 전계 , 전속밀도 의 관계를 나타낸 것으로 옳은 것은? (단, 는 진공의 유전율이고, 은 유전체의 비유전율이고, 은 유전체의 유전율이다.)
선택지 분석
1
오답 함정 분석
분극의 세기 공식에서 비유전율 항은 형태가 되어야 하며, 전체 유전율 에 1을 더하는 식은 물리적으로 성립하지 않습니다.
2
오답 함정 분석
기본 관계식 에서 전계 에 대해 정리하면 가 되어야 하므로 분자의 부호가 잘못되었습니다.
정답 상세 해설
분극의 세기 는 전속밀도 에서 진공 중의 전속밀도 성분을 제외한 값과 같습니다.
•
Step 1: 유전체 내에서의 전속밀도 에 대한 기본 정의식을 확인합니다. 전속밀도는 진공 중의 전속밀도 성분()과 유전체의 분극에 의해 발생하는 분극의 세기()의 합으로 정의됩니다. 즉, 입니다.
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Step 2: 위 식을 분극의 세기 를 기준으로 이항하여 정리합니다. 우변의 를 좌변으로 넘기면 가 유도됩니다.
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Step 3: 참고로 이므로, 이를 대입하면 라는 관계식도 성립함을 알 수 있습니다.
4
오답 함정 분석
진공의 유전율 는 상수이며, 전속밀도와 전계의 단순 차이값으로 정의될 수 없습니다. 단위 차원 또한 일치하지 않습니다.
자주 묻는 질문
Q.
분극의 세기 의 단위는 무엇인가요?
분극의 세기 는 단위 면적당 전하량의 의미를 가지므로, 전속밀도 와 동일한 단위를 사용합니다.
Q.
비유전율이 1인 진공 상태에서는 분극의 세기가 어떻게 되나요?
비유전율 이 1인 경우, 이 됩니다. 즉, 진공 상태에서는 분극 현상이 발생하지 않습니다.
Q.
분극의 세기와 전계의 방향은 서로 같나요?
일반적인 등방성 유전체에서 분극의 세기 는 인가된 전계 와 동일한 방향으로 발생합니다.