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길이 ℓ(m)인 동축 원통 도체의 내외원통에 각각 +λ, -λ(C/m)… | [전기기사 필기] 19년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[전기기사 필기] 19년 3회차
길이 ℓ(m)인 동축 원통 도체의 내외원통에 각각 +λ, -λ(C/m)의 전하가 분포되어 있다. 내외원통 사이에 유전율 ε인 유전체가 채워져 있을 때, 전계의 세기(V/m)은? (단, V는 내외원통 간의 전위차, D는 전속밀도이고, a, b는 내외원통의 반지름이며, 원통 중심에서의 거리 r은 a < r < b인 경우이다.)
1
Vrlnba\dfrac{V}{r\cdot\ln\dfrac{b}{a}}
2
Vϵlnba\dfrac{V}{\epsilon\cdot\ln\dfrac{b}{a}}
3
Drlnba\dfrac{D}{r\cdot\ln\dfrac{b}{a}}
4
Dϵlnba\dfrac{D}{\epsilon\cdot\ln\dfrac{b}{a}}
해설

가우스 법칙을 반지름 rr, 길이 \ell 의 원통면에 적용하면 E2πr=λϵE\cdot2\pi r\ell=\dfrac{\lambda\ell}{\epsilon} 이므로 E=λ2πϵrE=\dfrac{\lambda}{2\pi\epsilon r} 이다.
내외원통 사이의 전위차는
V=abEdr=λ2πϵlnbaV=\int_a^b E\,dr=\dfrac{\lambda}{2\pi\epsilon}\ln\dfrac{b}{a}
따라서 λ2πϵ=Vlnba\dfrac{\lambda}{2\pi\epsilon}=\dfrac{V}{\ln\dfrac{b}{a}} 이고, 이를 전계식에 넣으면
E=VrlnbaE=\dfrac{V}{r\ln\dfrac{b}{a}} V/m 이다.
전계는 rr 에 반비례하므로 분모에 rr 가 남아야 하고, VV 로 표현하는 과정에서 ϵ\epsilon 은 약분되어 사라진다.

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