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1[7급 국가직 전기자기학] 24년 1회차
그림과 같이 비유전율 ϵr1=2\epsilon_{r1}=2인 매질 1과 비유전율 ϵr2=3\epsilon_{r2}=3인 매질 2가 xyxy-평면을 경계로 접해있다. 매질 1에서 전계가 E1→=3ax→−4ay→+3az→\overrightarrow{E_1}=3\overrightarrow{a_x}-4\overrightarrow{a_y}+3\overrightarrow{a_z}[V/m]일 때, tan⁡θ2\tan\theta_2는? (단, 경계면에 존재하는 자유전하는 없다)

문제 이미지
1
12\frac{1}{2}
2
1
3
32\frac{3}{2}
4
52\frac{5}{2}
해설

경계면 법선이 z축이므로 전계의 접선 성분은 연속, 전속밀도의 법선 성분은 연속을 적용하면 tan⁡θ2=52\tan\theta_2=\dfrac{5}{2}이다.

매질 1의 접선 성분은 x, y 성분으로 크기 32+42=5\sqrt{3^2+4^2}=5, 법선 성분은 z 성분 3이다.

법선 성분: ϵr1E1n=ϵr2E2n\epsilon_{r1}E_{1n}=\epsilon_{r2}E_{2n} → E2n=2×33=2E_{2n}=\dfrac{2\times 3}{3}=2
접선 성분: E2t=5E_{2t}=5
tan⁡θ2=E2tE2n=52\tan\theta_2=\dfrac{E_{2t}}{E_{2n}}=\dfrac{5}{2}

  • 32\dfrac{3}{2}: 접선 성분으로 x 성분 3만 쓴 값으로, 접선 성분의 크기는 x·y 성분을 합성한 5다.
  • 12\dfrac{1}{2}, 1: 접선 성분 5와 법선 성분 2의 비보다 작아, 경계 조건으로 구한 각과 맞지 않는다.

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