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1[7급 국가직 전기자기학] 24년 1회차
자유공간의 원점에 전하량이 QQ[C]인 양전하가 놓여 있다. 그림과 같이 한 변의 길이가 aa[m]인 정육면체의 한 면 A를 통과하는 전계 E→\overrightarrow{E}[V/m]의 선속(flux)은? (단, ϵ0\epsilon_0는 자유공간의 유전율이다)

문제 이미지
1
Q24ϵ0\frac{Q}{24\epsilon_0}
2
Q12ϵ0\frac{Q}{12\epsilon_0}
3
Q8ϵ0\frac{Q}{8\epsilon_0}
4
Q4ϵ0\frac{Q}{4\epsilon_0}
해설

원점 전하를 정육면체 8개가 꼭짓점으로 공유하고, 한 정육면체에서 전하에 닿지 않는 세 면이 선속을 나눠 가지므로 면 A의 선속은 Q24ϵ0\dfrac{Q}{24\epsilon_0}이다.

원점을 둘러싸도록 같은 정육면체 8개를 붙이면 전체 선속은 Qϵ0\dfrac{Q}{\epsilon_0}이므로 한 정육면체를 통과하는 선속은 Q8ϵ0\dfrac{Q}{8\epsilon_0}이다.

원점을 포함한 세 좌표면(x=0, y=0, z=0) 위의 면은 전계가 면에 평행해 선속이 0이다. 나머지 세 면은 대칭이라 균등하게 나눈다.
ΦA=13⋅Q8ϵ0=Q24ϵ0\Phi_A=\dfrac{1}{3}\cdot\dfrac{Q}{8\epsilon_0}=\dfrac{Q}{24\epsilon_0}

  • Q8ϵ0\dfrac{Q}{8\epsilon_0}: 정육면체 전체를 통과하는 선속으로 한 면의 값이 아니다.
  • Q12ϵ0\dfrac{Q}{12\epsilon_0}: 한 정육면체의 선속을 세 면이 아니라 두 면에만 나눈 값이다.
  • Q4ϵ0\dfrac{Q}{4\epsilon_0}: 전하가 꼭짓점에 있다는 점을 반영하지 않은 과대값이다.

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