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1[7급 국가직 전기자기학] 22년 1회차
자유공간에서 ρs1=3\rho_{s1}=3 [nC/m2]인 무한 면전하가 평면 x=8x=8 [m]에, ρs2=−4\rho_{s2}=-4 [nC/m2]인 무한 면전하가 평면 x=4x=4 [m]에, ρs3=−4\rho_{s3}=-4 [nC/m2]인 무한 면전하가 평면 x=−1x=-1 [m]에 놓여 있을 때, 점(0, 3, 4) [m]에서 전계[V/m]는? (단, 자유공간의 유전율 ε0=136π×10−9\varepsilon_0=\frac{1}{36\pi}\times10^{-9} [F/m]이다)
1
−ax54π-\mathrm{a}_x 54\pi
2
ax54π\mathrm{a}_x 54\pi
3
−ax108π-\mathrm{a}_x 108\pi
4
ax108π\mathrm{a}_x 108\pi
해설

점 (0, 3, 4)의 전계는 −54π ax V/m-54\pi\,\mathrm{a}_x\ \mathrm{V/m}이다.

무한 면전하의 전계는 거리와 무관하게 E=ρs2ε0E=\dfrac{\rho_s}{2\varepsilon_0}이며, 양전하면은 밖으로, 음전하면은 안으로 향한다.

x=8 면(+3): 점이 왼쪽이므로 −ax-\mathrm{a}_x 방향, 크기 비례값 3
x=4 면(−4): 면 쪽으로 끌리므로 +ax+\mathrm{a}_x 방향, 비례값 4
x=−1 면(−4): 점이 오른쪽이므로 −ax-\mathrm{a}_x 방향, 비례값 4
E=(−3+4−4)×10−92ε0ax=−3×10−9×36π×1092ax=−54π ax\mathrm{E}=\dfrac{(-3+4-4)\times10^{-9}}{2\varepsilon_0}\mathrm{a}_x=-\dfrac{3\times10^{-9}\times36\pi\times10^{9}}{2}\mathrm{a}_x=-54\pi\,\mathrm{a}_x

  • ax54π\mathrm{a}_x 54\pi: 크기는 같지만 방향(부호)이 반대이다.
  • −ax108π-\mathrm{a}_x 108\pi: 면전하 전계의 분모 2를 빠뜨린 값이다.
  • ax108π\mathrm{a}_x 108\pi: 분모 2를 빠뜨리고 방향까지 반대로 잡은 값이다.

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