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1[7급 국가직 전기자기학] 22년 1회차
그림과 같이 직사각형 도체 루프에 시변 자속밀도 B(y,t)=azB0cos⁡(ωt−βy)\mathrm{B}(y,t)=\mathrm{a}_z B_0\cos(\omega t-\beta y) [Wb/m2]가 가해질 때, 유도기전력의 최댓값[V]은? (단, B0B_0, ω\omega, β\beta는 양의 상수이다)

문제 이미지
1
B0ωcos⁡(βb2)B_0\omega\cos\left(\frac{\beta b}{2}\right)
2
B0ωsin⁡(βb2)B_0\omega\sin\left(\frac{\beta b}{2}\right)
3
2B0aωβsin⁡(βb2)\frac{2B_0 a\omega}{\beta}\sin\left(\frac{\beta b}{2}\right)
4
2B0aωβcos⁡(βb2)\frac{2B_0 a\omega}{\beta}\cos\left(\frac{\beta b}{2}\right)
해설

유도기전력의 최댓값은 2B0aωβsin⁡(βb2)\dfrac{2B_0 a\omega}{\beta}\sin\left(\dfrac{\beta b}{2}\right)이다.

루프(x 폭 a, y 구간 −b/2-b/2에서 b/2b/2)를 지나는 자속을 적분한다.
Φ=∫−b/2b/2aB0cos⁡(ωt−βy) dy=2aB0βsin⁡(βb2)cos⁡ωt\Phi=\int_{-b/2}^{b/2}aB_0\cos(\omega t-\beta y)\,dy=\dfrac{2aB_0}{\beta}\sin\left(\dfrac{\beta b}{2}\right)\cos\omega t

패러데이 법칙으로 e=−dΦdt=2aB0ωβsin⁡(βb2)sin⁡ωte=-\dfrac{d\Phi}{dt}=\dfrac{2aB_0\omega}{\beta}\sin\left(\dfrac{\beta b}{2}\right)\sin\omega t이고, sin⁡ωt=1\sin\omega t=1일 때 최대이다.

  • cos⁡(βb2)\cos\left(\frac{\beta b}{2}\right)를 포함한 형태는 y 적분 결과를 사인 대신 코사인으로 잘못 적은 것이다.
  • B0ωB_0\omega만 남은 형태는 루프 폭 a와 적분에서 생기는 2/β2/\beta를 빠뜨려 차원도 맞지 않는다.

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