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1[9급 지방직 전기이론] 17년 2회차
그림과 같이 균일한 표면전하밀도 ρs=1[C/m2]로 대전된 무한크기의 면도체와 균일한 선전하밀도 ρL=-1[C/m]로 대전된 무한 길이의 선도체가 유전율 ε0인 자유공간(free space)에 놓여 있다. 점 P(0, 0, 1)[m]에서의 전기장의 세기[V/m]는? (단, 무한 크기의 면도체는 xy평면에 놓여 있고, 무한 길이의 선도체는 점(0, 0, 2)를 지나고 y축과 평행한다)
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해설

점 P의 전기장 세기는 12ϵ0(π+1π)\dfrac{1}{2\epsilon_0}\left(\dfrac{\pi+1}{\pi}\right)이다.

무한 면전하가 만드는 전기장은 거리와 무관하며, 양전하이므로 P에서 +z 방향이다.
E1=ρs2ϵ0=12ϵ0E_1=\dfrac{\rho_s}{2\epsilon_0}=\dfrac{1}{2\epsilon_0}

무한 선전하는 P에서 거리 1 m이고 음전하이므로 전기장은 선도체 쪽, 즉 +z 방향이다.
E2=∣ρL∣2πϵ0r=12πϵ0E_2=\dfrac{|\rho_L|}{2\pi\epsilon_0 r}=\dfrac{1}{2\pi\epsilon_0}
E=E1+E2=12ϵ0(1+1π)=12ϵ0(π+1π)E=E_1+E_2=\dfrac{1}{2\epsilon_0}\left(1+\dfrac{1}{\pi}\right)=\dfrac{1}{2\epsilon_0}\left(\dfrac{\pi+1}{\pi}\right)

  • 12ϵ0(π−1π)\dfrac{1}{2\epsilon_0}\left(\dfrac{\pi-1}{\pi}\right): 두 전기장 방향이 같은데 서로 빼서 계산한 값이다.
  • 1ϵ0(π+1π)\dfrac{1}{\epsilon_0}\left(\dfrac{\pi+1}{\pi}\right): 면전하 전기장을 ρs/ϵ0\rho_s/\epsilon_0로 보는 등 계수 2를 빠뜨렸다.
  • 1ϵ0(π−1π)\dfrac{1}{\epsilon_0}\left(\dfrac{\pi-1}{\pi}\right): 계수와 방향 합성이 모두 틀렸다.

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