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1[9급 지방직 전기이론] 16년 1회차
다음 (a)는 반지름 2r을 갖는 두 원형 극판 사이에 한 가지 종류의 유전체가 채워져 있는 콘덴서이다. (b)는 (a)와 동일한 크기의 원형 극판 사이에 중심으로부터 반지름 r인 영역 부분을 (a)의 경우보다 유전율이 2배인 유전체로 채우고 나머지 부분에는 (a)와 동일한 유전체로 채워놓은 콘덴서이다. (b)의 정전용량은 (a)와 비교하여 어떠한가? (단, (a)와 (b)의 극판 간격 d는 동일하다)
문제 이미지
1
15.7% 증가한다.
2
25% 증가한다.
3
31.4% 증가한다.
4
50% 증가한다.
해설

(b)의 정전용량은 (a)보다 25% 증가한다.

극판에 나란히 유전체가 나뉜 경우는 두 콘덴서의 병렬 연결로 본다. 평행판 콘덴서는 C=εSdC=\dfrac{\varepsilon S}{d}이다.

Ca=ε⋅4πr2dC_a=\dfrac{\varepsilon\cdot 4\pi r^2}{d}
Cb=2ε⋅πr2d+ε⋅3πr2d=5επr2dC_b=\dfrac{2\varepsilon\cdot\pi r^2}{d}+\dfrac{\varepsilon\cdot 3\pi r^2}{d}=\dfrac{5\varepsilon\pi r^2}{d}
CbCa=54=1.25\dfrac{C_b}{C_a}=\dfrac{5}{4}=1.25

  • 15.7% 증가: 면적 비를 잘못 잡은 값으로 병렬 합성 비 5/4와 맞지 않는다.
  • 31.4% 증가: 병렬 합성 비 5/4와 맞지 않는 값이다.
  • 50% 증가: 중심 영역 면적이 전체의 절반인 것처럼 본 값이다(실제는 1/4).

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