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1[7급 국가직 전기자기학] 24년 1회차
z=0z=0인 xyxy-평면상의 무한 직선 도선이 그림과 같이 원점을 중심으로 반지름 0.1 [m]인 반원형 고리 모양을 하고 있다. 도선에 전류 5 [A]가 흐를 때, 원점에서 자속밀도 B→\overrightarrow{B}[Wb/m2]의 크기와 방향은? (단, μ\mu는 공간의 투자율이다)

크기 / 방향
문제 이미지
1
12.5μ12.5\mu / −z-z축
2
12.5μ12.5\mu / +z+z축
3
25μ25\mu / −z-z축
4
25μ25\mu / +z+z축
해설

직선 부분은 원점을 지나는 직선 위에 있어 기여가 없고 반원 부분만 자계를 만들므로 B=12.5μB=12.5\mu, 방향은 -z축이다.

두 직선 도선은 연장선이 원점을 지나므로 dl⃗×r^=0d\vec{l}\times\hat{r}=0이 되어 원점 자계에 기여하지 않는다.

반원 전류의 중심 자속밀도는 원형 루프의 절반이다.
B=μI4a=μ×54×0.1=12.5μB=\dfrac{\mu I}{4a}=\dfrac{\mu\times 5}{4\times 0.1}=12.5\mu
전류가 반원을 시계 방향으로 돌므로 오른손 법칙에 따라 원점의 자계는 지면으로 들어가는 -z 방향이다.

  • 크기 25μ25\mu: 원형 루프 전체의 값 μI2a\dfrac{\mu I}{2a}를 쓴 것으로 반원에는 해당하지 않는다.
  • +z축 방향: 반시계 방향 전류일 때의 방향이다.

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