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1[7급 국가직 전기자기학] 24년 1회차
그림과 같이 전계 E→\overrightarrow{E}[V/m]와 θ\theta의 각을 이루고 있는 전기 쌍극자에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, p⃗\vec{p}는 전기 쌍극자 모멘트이고, 0∘<θ<90∘0^{\circ} \lt \theta \lt 90^{\circ}이다)

문제 이미지
1
회전하지 않는다.
2
전계와 평행하게 되도록 시계 방향으로 회전한다.
3
전계와 평행하게 되도록 반시계 방향으로 회전한다.
4
전계와 전기 쌍극자 모멘트 모두에 수직인 방향으로 회전한다.
해설

쌍극자에 작용하는 토크가 쌍극자 모멘트를 전계 방향으로 돌리므로 쌍극자는 전계와 평행해지도록 시계 방향으로 회전한다.

균일 전계에서 두 전하가 받는 힘은 크기가 같고 방향이 반대라 합력은 0이지만, 토크 τ⃗=p⃗×E⃗\vec{\tau}=\vec{p}\times\vec{E}가 남는다. 그림처럼 모멘트가 전계보다 위쪽으로 기울어 있으면 p⃗×E⃗\vec{p}\times\vec{E}는 지면으로 들어가는 방향이 되어, 각 θ를 줄이는 시계 방향으로 회전시킨다.

  • 회전하지 않는다: 각이 0°나 180°가 아니면 토크 pEsin⁡θpE\sin\theta가 0이 아니다.
  • 반시계 방향 회전: 모멘트를 전계에서 더 멀어지게 하는 방향이라 토크의 방향과 반대다.
  • 전계와 모멘트 모두에 수직인 방향으로 회전: 그 방향은 토크 벡터(회전축)의 방향일 뿐, 쌍극자는 전계와 모멘트가 이루는 평면 안에서 돈다.

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