[Vㆍsec]는 무엇을 나타내는 단위인가?
- 자속
- 전압
- 전력
- 전자력
정답과 해설 보기
정답 ① · 전자기 유도 법칙에 의해 코일에 유도되는 전압 e는 자속의 시간적 변화율에 비례합니다. 즉, e = -N × (dΦ/dt)가 됩니다.
패러데이 법칙에 따라 유도기전력 e=N(dΦ/dt)이므로 자속 Φ의 단위는 전압(V)과 시간(sec)의 곱인 V·sec이다.
개념 한 쪽
승강기기사 자석 및 자기유도 — 전기력선·자속·도체 성질
전기력선은 전기장의 방향과 세기를 시각적으로 나타내는 가상의 선이며 양전하에서 시작하여 음전하로 끝난다한다 전도체에 전하를 주면 내부 전기장은 0이 되어 전하는 표면에만 분포한다 전자기 유도에서는 자속의 시간적 변화가 기전력을 유도하며 자속의 단위는 V·sec와 동일하다한다
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「자석 및 자기유도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 자속 단위 판별 | 1 | V·sec 단위가 나타내는 물리량을 묻기 |
| 전기력선 성질 판정 | 1 | 전기력선의 방향·교차·밀도 성질을 가리기 |
| 도체의 전하분포 판정 | 1 | 도체에 전하가 주어졌을 때 분포와 내부 전계 특성 판단 |
뜻
전기력선은 전기장의 방향을 나타내는 가상의 선으로, 그 접선 방향은 해당 지점에서의 전기장 방향과 일치한다 전기력선은 서로 교차하지 않으며 선의 밀도가 전계의 세기를 나타낸다한다 시작점은 양전하이고 끝점은 음전하이므로 방향을 헷갈리지 않도록 '양에서 음으로' 기억한다
도체가 정전 평형에 도달하면 내부 전기장은 0이 된다 이로 인해 도체 내부에는 자유전하가 존재하지 않고 모든 전하는 외측 표면에만 분포한다 또한 도체 표면은 등전위면이므로 표면에서 전기력선은 수직으로 출입한다 뾰족한 부분은 곡률 반경이 작아 전하 밀도가 높아지는 경향이 있으므로 방전이 쉬운 위치가 된다
전자기 유도 관점에서는 패러데이 법칙이 기본이다 코일에 유도되는 기전력 e는 자속 Φ의 시간적 변화율에 비례하므로 e = -N dΦ/dt 관계를 사용한다 이 관계에서 자속 Φ의 단위는 전압(V)에 시간(sec)을 곱한 [V·sec]이며 이는 웨버(Wb)와 동일한 차원이다
회로-자기회로 대응을 이용하면 이해가 쉬운 부분이 있다 자기회로의 도자율(permeance)은 릴럭턴스(reluctance)의 역수로 정의되며, 이는 전기회로에서 저항의 역수인 컨덕턴스와 대응한다 이 대응을 통해 문제에서 출제되는 용어 매칭을 체계적으로 정리한다
예제
1) 자속의 단위 확인 예시 패러데이 법칙 e = -N dΦ/dt에서 e의 단위는 V, t의 단위는 sec이므로 Φ의 단위는 V·sec가 된다 따라서 문제에서 [V·sec]가 무엇을 나타내는지 물으면 자속을 의미한다고 답한다
2) 동일 정전용량 커패시터 n개 접속 비교 예시 정전용량 C인 커패시터 10개를 병렬로 연결하면 합성 용량은 10C가 되고, 같은 것을 직렬로 연결하면 합성 용량은 C/10이 된다 따라서 병렬 합성 용량은 직렬 합성 용량의 100배가 된다 이 비율은 일반적으로 n개 소자에 대해 n²배가 됨을 이용한다
대표 기출 3문항
전기력선의 기본 성질에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
- 전기력선의 방향은 그 점의 전계의 방향과 일치한다.
- 전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향한다.
- 전기력선은 부전하에서 시작하여 정전하에서 그친다.
- 전기력선의 밀도는 전계의 세기와 같다.
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 전기력선의 기본 성질 중 옳지 않은 것을 고르는 것이다. 전기력선은 그 점에서 전계의 방향과 일치하고 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 향하며 밀도는 전계의 세기에 비례한다.
도체에 전하를 주었을 경우에 틀린 것은?
- 전하는 도체 외측의 표면에만 분포한다.
- 전하는 도체 내부에만 존재한다.
- 도체 표면의 곡률 반경이 작은 곳에 전하가 많이 모인다.
- 전기력선은 정(+)전하에서 시작하여 부전하(-)에서 끝난다.
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 도체에 전하를 부여했을 때 전하의 분포와 전기력선의 특성 중 틀린 것을 찾는 문제이다. 정전 평형 상태의 도체 내부 전기장은 0이므로 전하는 도체 표면에만 분포하고 내부에는 존재하지 않는다.
도체 내부 전기장은 0이므로 전하는 표면에만 분포하며, 내부 존재한다는 ②번이 틀린 설명이다.
자주 묻는 물음
- 전기력선의 방향을 헷갈릴 때 어떻게 기억하면 좋나?
- 전기력선의 방향을 '양의 시험전하가 받는 힘의 방향'으로 기억한다면 양전하에서 시작하여 음전하로 향한다는 점을 혼동하지 않고 바로 판단할 수 있다
- 도체 내부에 전하가 존재하는지 판단하는 방법은 무엇인가?
- 정전 평형 상태에서는 도체 내부 전기장이 0이므로 자유전하는 표면에만 분포한다는 원리를 적용하면 도체 내부 전하 존재 여부를 곧바로 판단할 수 있다
- 자기회로의 도자율과 전기회로의 어떤 요소가 대응하나?
- 도자율은 릴럭턴스의 역수로, 전기회로에서 저항의 역수인 컨덕턴스와 대응하므로 이 쌍을 연결하여 문제를 풀면 된다
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