경계조건

전기기사 필기 2021년 2회 17번

과목 / 챕터전기자기학 / 유전체
인지 유형memory
난이도Level 3
Q문제
두 종류의 유전율()을 가진 유전체가 서로 접하고 있는 경계면에 진전하가 존재하지 않을 때 성립하는 경계조건으로 옳은 것은? (단, 는 각 유전체에서의 전계이고, 는 각 유전체에서의 전속밀도이고, 는 각각 경계면의 법선벡터와 가 이루는 각이다.)

선택지 분석

1

오답 함정 분석

전계의 법선 성분과 전속밀도의 접선 성분이 연속이라는 잘못된 조건을 제시하고 있으며, 굴절의 법칙 또한 유전율에 반비례하도록 잘못 표기되었습니다.
2

오답 함정 분석

전계와 전속밀도의 경계조건 성분(법선/접선)이 서로 바뀌어 표현되어 있습니다.
3

오답 함정 분석

전계와 전속밀도의 경계조건은 올바르나, 굴절의 법칙에서 유전율의 비가 역수로 잘못 표현되었습니다.

정답 상세 해설

유전체 경계면에서 전계의 접선 성분과 전속밀도의 법선 성분은 연속이며, 이를 통해 유도된 굴절의 법칙은 유전율의 비와 탄젠트 값의 비가 비례함을 나타냅니다.
Step 1: 전계의 경계조건을 적용합니다. 경계면에 평행한 전계의 접선 성분은 서로 같으므로 가 성립합니다.
Step 2: 전속밀도의 경계조건을 적용합니다. 경계면에 진전하가 없으므로 수직인 법선 성분은 서로 같으며 가 성립합니다.
Step 3: 굴절의 법칙을 도출합니다. 관계를 이용하여 두 식을 나누면 가 되며, 이를 정리하면 를 얻습니다.

자주 묻는 질문

Q.
경계면에 진전하가 존재하면 전속밀도의 조건은 어떻게 변하나요?
진전하 가 존재할 경우 전속밀도의 법선 성분은 가 되어 두 매질의 전속밀도 차이가 발생합니다.
Q.
각도 가 경계면과 이루는 각도라면 수식이 달라지나요?
네, 각도의 기준이 법선이 아닌 경계면이 되면 함수가 서로 바뀌어 적용됩니다.
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