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1[7급 국가직 전기자기학] 23년 1회차
무손실 비자성의 유전체 매질에서 진행하는 균일 평면 전자기파의 전계가 E(z,t)=ax4cos⁡(108t−z2)\mathrm{E}(z,t)=\mathbf{a}_x4\cos\left(10^8t-\dfrac{z}{2}\right)[V/m]일 때, 이 전자기파가 전달하는 시간평균 전력밀도의 크기[W/m2]는? (단, 자유공간에서 광속은 3×1083\times10^8[m/s]이고, 고유 임피던스는 120π120\pi [Ω]이다)
1
15π\dfrac{1}{5\pi}
2
110π\dfrac{1}{10\pi}
3
115π\dfrac{1}{15\pi}
4
120π\dfrac{1}{20\pi}
해설

시간평균 전력밀도의 크기는 110π W/m2\dfrac{1}{10\pi}\ \mathrm{W/m^2}이다.

비유전율: β=ωεrc\beta=\dfrac{\omega\sqrt{\varepsilon_r}}{c}에서 εr=0.5×3×108108=1.5\sqrt{\varepsilon_r}=\dfrac{0.5\times3\times10^8}{10^8}=1.5
고유 임피던스: η=120π1.5=80π Ω\eta=\dfrac{120\pi}{1.5}=80\pi\ \Omega

전력밀도: Pav=E022ηP_{\mathrm{av}}=\dfrac{E_0^2}{2\eta}=16160π=110π=\dfrac{16}{160\pi}=\dfrac{1}{10\pi}

  • 15π\dfrac{1}{5\pi}는 시간평균의 1/2 계수를 빠뜨린 값이다.
  • 115π\dfrac{1}{15\pi}는 η\eta를 120π120\pi로 그대로 둔 값으로 매질 영향을 반영하지 않았다.

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