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완전도체 위에 비유전율 \epsilon_r=2.5인 균일한 두께의 유전… | [7급 국가직 전기자기학] 24년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 전기자기학] 24년 1회차
완전도체 위에 비유전율 ϵr=2.5\epsilon_r=2.5인 균일한 두께의 유전체가 공기와 접해 있다. 공기 중에서 크기 E2=1,000E_2=1{,}000 [V/m]인 전계가 유전체 경계면에 수직일 때, 유전체-도체 경계면에서 전하밀도의 크기[C/m2]는? (단, 공기-유전체 경계면에 자유전하는 없다)

문제 이미지
1
400
2
400ϵ0400\epsilon_0
3
1,000
4
1,000ϵ01{,}000\epsilon_0
해설

경계면에 수직인 전계에서는 전속밀도 D가 연속이므로 도체 표면 전하밀도는 1,000ϵ01{,}000\epsilon_0이다.

공기 중 전속밀도 D=ϵ0E2=1,000ϵ0D=\epsilon_0E_2=1{,}000\epsilon_0이고, 공기-유전체 경계에 자유전하가 없어 유전체 내부에서도 D가 같다.

완전도체 표면에서는 ρs=Dn\rho_s=D_n이므로
ρs=1,000ϵ0 C/m2\rho_s=1{,}000\epsilon_0\ \mathrm{C/m^2}

  • 400ϵ0400\epsilon_0: 유전체 내 전계 E1=400E_1=400 V/m에 ϵ0\epsilon_0만 곱한 값으로, 유전율 2.5배를 빠뜨렸다.
  • 400, 1,000: 전계 값을 그대로 쓴 것으로 유전율이 곱해지지 않아 전하밀도의 단위가 되지 않는다.

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