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비유전율 \epsilon_r=9인 무손실 비자성 매질에서 전파하는 균일… | [7급 국가직 전기자기학] 25년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 전기자기학] 25년 1회차
비유전율 ϵr=9\epsilon_r=9인 무손실 비자성 매질에서 전파하는 균일 평면파의 전기장이 E→(z, t)=5cos⁡(ωt−10z)ay→\overrightarrow{E}(z,\ t)=5\cos(\omega t-10z)\overrightarrow{a_y} [V/m]일 때, 자속밀도 B→\overrightarrow{B}[T]는? (단, ω\omega는 각주파수[rad/s]이고, 자유공간에서 광속은 3×1083\times10^8 [m/s]이다)
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−5×10−8cos⁡(108t−10z)ax→-5\times10^{-8}\cos(10^8t-10z)\overrightarrow{a_x}
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5×10−8cos⁡(108t−10z)ax→5\times10^{-8}\cos(10^8t-10z)\overrightarrow{a_x}
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−5×10−8cos⁡(109t−10z)ax→-5\times10^{-8}\cos(10^9t-10z)\overrightarrow{a_x}
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5×10−8cos⁡(109t−10z)ax→5\times10^{-8}\cos(10^9t-10z)\overrightarrow{a_x}
해설

매질 속 위상속도로 ω\omega와 B의 크기를 구하고 진행 방향으로 부호를 정하면 B⃗=−5×10−8cos⁡(109t−10z)ax⃗\vec{B}=-5\times10^{-8}\cos(10^9t-10z)\vec{a_x}이다.

위상속도: v=c9=108 m/sv=\dfrac{c}{\sqrt{9}}=10^8\,\mathrm{m/s}
ω=βv=10×108=109 rad/s\omega=\beta v=10\times10^8=10^9\,\mathrm{rad/s}
B=Ev=5108=5×10−8 TB=\dfrac{E}{v}=\dfrac{5}{10^8}=5\times10^{-8}\,\mathrm{T}

진행 방향 az⃗\vec{a_z} = E⃗\vec{E} 방향 × B⃗\vec{B} 방향이므로 ay⃗×(−ax⃗)=az⃗\vec{a_y}\times(-\vec{a_x})=\vec{a_z}, 즉 B는 −x 방향이다.

  • 108t10^8t이고 −x 방향인 식: 위상속도를 각주파수로 착각한 값이다.
  • 108t10^8t이고 +x 방향인 식: 각주파수와 방향이 모두 틀렸다.
  • 109t10^9t이고 +x 방향인 식: 각주파수는 맞지만 E⃗×B⃗\vec{E}\times\vec{B}가 −z 방향이 되어 위상 항의 +z 진행과 맞지 않는다.

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