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그림과 같이 평행한 극판 사이에 서로 다른 유전체를 가진 2개의 커패시… | [9급 국가직 전기이론] 26년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[9급 국가직 전기이론] 26년 1회차
그림과 같이 평행한 극판 사이에 서로 다른 유전체를 가진 2개의 커패시터가 결합되어 있을 때, 단자 a−b의 합성 정전용량[F]은? (단, dd는 극판 사이의 길이[m], A1A_1과 A2A_2는 유전체의 단면적[m2^2], ε1\varepsilon_1과 ε2\varepsilon_2는 유전체의 유전율[F/m]이고, A1=2A2A_1=2A_2, ε1=4ε2\varepsilon_1=4\varepsilon_2이다)

단자 a는 위쪽 극판, 단자 b는 아래쪽 극판에 연결되어 있고 극판 사이 간격은 dd이다. 극판 사이는 단면적 A1A_1 부분이 유전율 ε1\varepsilon_1, 단면적 A2A_2 부분이 유전율 ε2\varepsilon_2인 유전체로 나란히 채워져 있으며, 두 유전체의 경계면은 극판에 수직이다.
1
98ε1A1d\frac{9}{8}\frac{\varepsilon_1A_1}{d}
2
9ε1A1d9\frac{\varepsilon_1A_1}{d}
3
19ε2A2d\frac{1}{9}\frac{\varepsilon_2A_2}{d}
4
89ε2A2d\frac{8}{9}\frac{\varepsilon_2A_2}{d}
해설

두 유전체가 같은 극판 간격 dd로 나란히 채워져 있으므로 병렬 연결이고, 합성 정전용량은 98ε1A1d\dfrac{9}{8}\dfrac{\varepsilon_1A_1}{d}이다.

C=C1+C2=ε1A1d+ε2A2dC=C_1+C_2=\dfrac{\varepsilon_1A_1}{d}+\dfrac{\varepsilon_2A_2}{d}이다.
ε1A1=(4ε2)(2A2)=8ε2A2\varepsilon_1A_1=(4\varepsilon_2)(2A_2)=8\varepsilon_2A_2이므로 C=9ε2A2d=98ε1A1dC=\dfrac{9\varepsilon_2A_2}{d}=\dfrac{9}{8}\dfrac{\varepsilon_1A_1}{d}이다.

  • 9ε1A1d9\dfrac{\varepsilon_1A_1}{d}: ε2A2\varepsilon_2A_2 기준의 계수 9를 ε1A1\varepsilon_1A_1 기준에 그대로 붙인 값이다.
  • 19ε2A2d\dfrac{1}{9}\dfrac{\varepsilon_2A_2}{d}: 계수의 역수를 취한 값이다.
  • 89ε2A2d\dfrac{8}{9}\dfrac{\varepsilon_2A_2}{d}: 두 커패시터를 직렬로 보고 C1C2C1+C2\dfrac{C_1C_2}{C_1+C_2}로 계산한 값이다.

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