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투자율 \mu_0인 공간의 z축상에 놓인 무한도선에 +z 방향으로 전류… | [7급 국가직 전기자기학] 26년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 전기자기학] 26년 1회차
투자율 μ0\mu_0인 공간의 zz축상에 놓인 무한도선에 +z+z 방향으로 전류 II가 흐른다. zz축으로부터 거리 rr 떨어진 위치에서 벡터 자기포텐셜 A→\overrightarrow{A} [Wb/m]는? (단, r=r0r=r_0에서 A→=0\overrightarrow{A}=0이다)
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μ0I2πln⁡(r0r)az→\dfrac{\mu_0 I}{2\pi}\ln(\dfrac{r_0}{r})\overrightarrow{a_z}
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μ0I2πln⁡(rr0)az→\dfrac{\mu_0 I}{2\pi}\ln(\dfrac{r}{r_0})\overrightarrow{a_z}
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μ0I2πrln⁡(r0r)az→\dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}\ln(\dfrac{r_0}{r})\overrightarrow{a_z}
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μ0I2πrln⁡(rr0)az→\dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}\ln(\dfrac{r}{r_0})\overrightarrow{a_z}
해설

벡터 자기포텐셜은 μ0I2πln⁡(r0r)az→\dfrac{\mu_0 I}{2\pi}\ln\left(\dfrac{r_0}{r}\right)\overrightarrow{a_z}이다.

무한 직선전류의 자속밀도: B→=μ0I2πraϕ→\overrightarrow{B}=\dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}\overrightarrow{a_\phi}
AzA_z만 있을 때 Bϕ=−∂Az∂rB_\phi=-\dfrac{\partial A_z}{\partial r}이므로 Az=−μ0I2πln⁡r+kA_z=-\dfrac{\mu_0 I}{2\pi}\ln r+k

기준 r=r0r=r_0에서 0이 되도록 상수를 정하면 Az=μ0I2πln⁡r0rA_z=\dfrac{\mu_0 I}{2\pi}\ln\dfrac{r_0}{r}

  • ln⁡(r/r0)\ln(r/r_0) 꼴: 부호가 반대여서 회전을 취하면 자계가 −aϕ→-\overrightarrow{a_\phi} 방향이 된다.
  • 분모에 rr가 더 붙은 두 꼴: 자속밀도 식에 로그를 곱한 것으로 차원이 맞지 않는다.

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