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1[7급 국가직 전기자기학] 24년 1회차
그림과 같이 한 변의 길이가 dd[m]인 정육각형의 루프 도선에 선전류 II[A]가 흐를 때, 중심 OO에서의 자계 H→\overrightarrow{H}[A/m]의 크기는?

문제 이미지
1
I23 πd\frac{I}{2\sqrt{3}\,\pi d}
2
I3 πd\frac{I}{\sqrt{3}\,\pi d}
3
3 I2πd\frac{\sqrt{3}\,I}{2\pi d}
4
3 Iπd\frac{\sqrt{3}\,I}{\pi d}
해설

정육각형 루프 중심의 자계는 여섯 변의 유한 직선 전류 자계의 합으로 3 Iπd\dfrac{\sqrt{3}\,I}{\pi d}이다.

중심에서 각 변까지 거리는 a=32da=\dfrac{\sqrt{3}}{2}d이고, 각 변은 중심에서 양쪽으로 30°씩 벌어져 보인다.
H1=I4πa(sin⁡30∘+sin⁡30∘)=I4πaH_1=\dfrac{I}{4\pi a}(\sin 30^{\circ}+\sin 30^{\circ})=\dfrac{I}{4\pi a}

여섯 변의 자계가 모두 같은 방향이므로
H=6⋅I4πa=3I2π⋅23d=3 IπdH=6\cdot\dfrac{I}{4\pi a}=\dfrac{3I}{2\pi}\cdot\dfrac{2}{\sqrt{3}d}=\dfrac{\sqrt{3}\,I}{\pi d}

  • 3 I2πd\dfrac{\sqrt{3}\,I}{2\pi d}는 변의 개수를 셋으로 계산한 절반 값이다.
  • I3 πd\dfrac{I}{\sqrt{3}\,\pi d}, I23 πd\dfrac{I}{2\sqrt{3}\,\pi d}는 한 변 또는 일부 변의 기여만 반영한 값으로 여섯 변의 합보다 작다.

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