전기기능사 CBT
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전기기능사 전기장의 방향과 세기 — E = F/Q와 점전하 계산

전기장의 세기는 1C의 전하가 받는 힘으로 정의되어 E = F/Q로 구한다. 점전하가 만드는 전기장은 거리의 제곱에 반비례하며 E = kQ/r²이다. 방향은 양(+)전하가 힘을 받는 방향이고, 전기력선은 양전하에서 나와 음전하로 들어간다.

2026-10-17 기준 · 전기기능사 대시보드

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시험에 이렇게 나온다

출제기준 단원 「전기장의 방향과 세기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.

묻는 꼴문제 수무엇을 묻나
유전율·비유전율 값 고르기1진공의 유전율 또는 비유전율 수치 선택
전기장 세기 계산1전하나 힘으로 특정 지점 전계의 크기 구하기
진공 유전율 값1진공의 유전율 ε0 값 고르기

2016년 CBT 전환 이전 시험에도 나왔습니다(2010년 2회).

뜻

전기장의 세기는 힘을 전하로 나눈 값이다. E = F/Q이며, 1C의 전하에 100N의 힘이 작용하면 E = 100/1 = 100V/m이다. 같은 전기장 안에서는 전하량이 클수록 받는 힘이 커지지만, 전기장의 세기 자체는 전하량과 무관하게 그 지점의 값으로 정해진다.

점전하가 만드는 전기장의 세기는 E = kQ/r²로 구한다. k = 9×10⁹이고 Q는 전하량[C], r은 거리[m]이다. 2×10⁻⁶C의 점전하로부터 100cm 떨어진 곳은 r = 1m이므로 E = 9×10⁹ × 2×10⁻⁶ / 1² = 18,000V/m이다. 거리가 2배가 되면 분모가 4배가 되어 세기는 1/4로 줄어든다.

두 점전하 사이에 작용하는 힘은 쿨롱의 법칙 F = kQ₁Q₂/r²로 구한다. 3×10⁻⁶C과 2×10⁻⁴C이 2m 떨어져 있으면 F = 9×10⁹ × 3×10⁻⁶ × 2×10⁻⁴ / 2² = 1.35N이다. 20μC과 30μC이 1.2m 떨어져 있으면 F = 9×10⁹ × 20×10⁻⁶ × 30×10⁻⁶ / 1.2² = 3.75N이다. 거리를 제곱하지 않고 한 번만 나누면 2.7N이 되어 틀리므로 분모를 r²으로 먼저 정리한다.

매질이 바뀌면 힘과 전기장의 크기도 달라진다. 진공의 유전율은 ε₀ = 8.85×10⁻¹² F/m이고, 비유전율은 εr = ε/ε₀으로 정의된다. 진공에서는 εr = 1이며 단위가 없는 비율이다. 4π×10⁻⁷은 진공의 투자율 μ₀로 단위가 H/m이므로 유전율과 구별한다.

예제

전기장의 세기를 구하는 문제는 먼저 힘과 전하량을 찾는다. 힘 100N, 전하 1C이면 E = F/Q = 100V/m이다. 점전하 문제는 거리의 단위를 m로 바꾼 뒤 제곱한다. 100cm는 1m이므로 r² = 1이고, 2×10⁻⁶C을 대입하면 18,000V/m가 된다.

쿨롱 힘 문제는 분자에 두 전하를 곱하고 분모에 거리의 제곱을 둔다. 3×10⁻⁶과 2×10⁻⁴의 곱은 6×10⁻¹⁰이고, 여기에 9×10⁹을 곱하면 5.4이고, r² = 4로 나누면 1.35N이다. 계산 뒤에는 거리가 멀어질수록 힘이 작아지는 방향인지 확인한다.

대표 기출 3문항

2010년 2회진공 중에서 비유전율 εr의 값은?

  1. 1
  2. 6.33×1046.33 \times 10^{4}
  3. 8.855×10−128.855 \times 10^{-12}
  4. 9×1099 \times 10^{9}
정답과 해설 보기

정답 ① · 비유전율 εr\varepsilon_r은 어떤 매질의 유전율 ε\varepsilon을 진공의 유전율 ε0\varepsilon_0로 나눈 **비율(상대값)**이다. εr=εε0\varepsilon_r = \frac{\varepsilon}{\varepsilon_0} 진공 자체의 유전율은 ε0\varepsilon_0이므로, 진공의 비유전율은 εr=ε0ε0=1\varepsilon_r = \frac{\varepsilon_0}{\varepsilon_0} = 1 **오답 소거**: 8.855×10−128.855\times10^{-12}은 진공의 유전율 ε0\varepsilon_0 자체의 값(단위 F/m)이며, 9×1099\times10^9는 쿨롱상수 k=1/4πε0k=1/4\pi\varepsilon_0이다.

비유전율 εr=ε/ε₀은 진공 기준의 비율(무차원)이므로 진공에서는 εr=1이 된다.

진공의 유전율 ϵ0\epsilon_0[F/m]는?

  1. 6.33×1046.33\times10^4
  2. 8.85×10−128.85\times10^{-12}
  3. 4π×10−74\pi\times10^{-7}
  4. 9×1099\times10^9
정답과 해설 보기

정답 ②

진공 유전율 ε₀=8.85×10⁻¹² F/m이고, 4π×10⁻⁷은 진공 투자율 μ₀(H/m)이다.

1C의 전하에 의하여 100N의 힘이 작용한다. 이 전하에 의하여 발생되는 전계의 세기 [V/m]는 무엇인가?

  1. 100
  2. 50
  3. 200
  4. 300
정답과 해설 보기

정답 ①

전계의 세기는 1C 전하가 받는 힘: E=F/Q=100/1=100V/m이다.

관련 개념

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전기기능사 2027 개정 출제기준 — 무엇이 바뀌었나

자주 묻는 물음

전기장의 세기는 어떻게 정의되나요?
1C의 전하가 받는 힘으로 정의되며 E = F/Q로 구합니다. 단위는 V/m입니다. 1C의 전하에 100N의 힘이 작용하면 전기장의 세기는 100V/m입니다.
점전하가 만드는 전기장의 세기는 어떻게 구하나요?
E = kQ/r²로 구합니다. k = 9×10⁹, Q는 전하량[C], r은 거리[m]입니다. 2×10⁻⁶C의 전하에서 100cm(1m) 떨어진 곳은 9×10⁹ × 2×10⁻⁶ / 1² = 18,000V/m입니다.
진공의 유전율과 비유전율은 어떻게 구별하나요?
진공의 유전율은 ε₀ = 8.85×10⁻¹² F/m이고, 비유전율은 εr = ε/ε₀으로 정의되는 무차원의 비율입니다. 진공에서는 εr = 1입니다. 4π×10⁻⁷은 진공의 투자율 μ₀(H/m)이므로 유전율과 구별합니다.
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