전위
전기기사 필기 2022년 1회 1번
| 과목 / 챕터 | 전기자기학 / 진공 중의 정전계 |
|---|---|
| 인지 유형 | memory |
| 난이도 | Level 2 |
Q문제
등전위면과 전기력선의 교차 관계에 대한 설명으로 옳은 것은?
선택지 분석
1
45°로 교차한다.
오답 함정 분석
전기력선은 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 최단 거리인 수직 방향으로 향하므로 임의의 각도인 45도로 교차하지 않습니다.
2
평행하다.
오답 함정 분석
전기력선은 전위차에 의해 형성되므로 전위가 일정한 등전위면과 나란하게 진행할 수 없습니다.
3
교차하지 않는다.
오답 함정 분석
전하가 존재하여 전계가 형성된 공간에서는 전기력선이 반드시 등전위면을 통과하며 교차하게 됩니다.
수직으로 교차한다.
정답 상세 해설
전기력선은 등전위면과 항상 수직으로 교차합니다.
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Step 1: 등전위면의 정의를 확인합니다. 전위가 같은 점들을 연결하여 만든 가상의 면을 등전위면이라고 하며, 이 면 위에서의 전위차는 0입니다.
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Step 2: 전계와 전위의 관계를 파악합니다. 전계 E는 전위 V의 기울기(Gradient)에 마이너스를 취한 E = -grad V의 관계를 가집니다.
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Step 3: 수학적 성질을 적용합니다. 스칼라 함수의 기울기 벡터는 해당 함수의 등전위면에 대해 항상 수직인 방향을 향하는 성질이 있으므로, 전기력선은 등전위면과 직교하게 됩니다.
자주 묻는 질문
Q.
등전위면 내에서 전하를 이동시킬 때 필요한 일은 얼마인가요?
등전위면은 모든 지점의 전위가 동일하여 전위차가 0이므로, 전하를 이동시키는 데 필요한 일(W=qV)은 0이 됩니다.
Q.
전기력선이 등전위면에 수직인 이유는 무엇인가요?
전위의 변화율이 최대인 방향이 전계의 방향이기 때문입니다. 등전위면을 따라서는 전위 변화가 없으므로 변화가 최대인 수직 방향이 전기력선의 방향이 됩니다.