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z축상에 투자율 \mu, 반지름 a인 무한히 긴 원통형 도체가 놓여 있… | [7급 국가직 전기자기학] 24년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 전기자기학] 24년 1회차
zz축상에 투자율 μ\mu, 반지름 aa인 무한히 긴 원통형 도체가 놓여 있다. 균일한 전류 II[A]가 도체를 통해 +z+z축 방향으로 흐를 때, 원통축으로부터의 거리가 ρ\rho인 위치에서 자속밀도 B→\overrightarrow{B}[Wb/m2]의 크기는? (단, 0<ρ<a0 \lt \rho \lt a이다)
1
μI2πρ\frac{\mu I}{2\pi\rho}
2
μIπρ\frac{\mu I}{\pi\rho}
3
μIρ2πa2\frac{\mu I\rho}{2\pi a^{2}}
4
μIρπa2\frac{\mu I\rho}{\pi a^{2}}
해설

도체 내부의 자속밀도는 B=μIρ2πa2B=\dfrac{\mu I\rho}{2\pi a^{2}}로, 축으로부터의 거리에 비례한다.

앙페르 법칙에서 반지름 ρ\rho인 원이 둘러싸는 전류는 단면적 비율만큼인 Iρ2a2I\dfrac{\rho^{2}}{a^{2}}이다.

H⋅2πρ=Iρ2a2H\cdot 2\pi\rho=I\dfrac{\rho^{2}}{a^{2}}
H=Iρ2πa2,B=μH=μIρ2πa2H=\dfrac{I\rho}{2\pi a^{2}},\quad B=\mu H=\dfrac{\mu I\rho}{2\pi a^{2}}

  • μI2πρ\dfrac{\mu I}{2\pi\rho}: 전체 전류를 둘러싸는 도체 외부의 식이다.
  • μIπρ\dfrac{\mu I}{\pi\rho}: 외부 식에서 분모의 2까지 빠진 값이다.
  • μIρπa2\dfrac{\mu I\rho}{\pi a^{2}}: 원주 길이 2πρ2\pi\rho의 2를 빠뜨린 값이다.

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