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극판간격 d[m], 면적 S[m2], 유전율θ [F/m]이고, 정전용량… | [전기기사 필기] 16년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[전기기사 필기] 16년 1회차
극판간격 d[m], 면적 S[m2], 유전율θ [F/m]이고, 정전용량이 C[F]인 평행판 콘덴서에 v=Vmsinωt[V]v=V_m\sin\omega t[V] 의 전압을 가할 때의 변위전류[A]는?
1
ωCVmcosωt\omega CV_m\cos\omega t
2
CVmsinωtCV_m\sin\omega t
3
CVmsinωt-CV_m\sin\omega t
4
ωCVmcosωt-\omega CV_m\cos\omega t
해설

변위전류는 맥스웰이 도입한 항으로, 전속밀도의 시간 변화율 id=Dti_d=\dfrac{\partial D}{\partial t} 로 정의되는 전류밀도이다. 극판 전체를 흐르는 변위전류는 여기에 극판 면적을 곱한 값이다.
Id=SDt=SεEtI_d=S\dfrac{\partial D}{\partial t}=S\varepsilon\dfrac{\partial E}{\partial t}
평행판 내부에서는 E=vdE=\dfrac{v}{d} 이므로
Id=εSddvdt=CdvdtI_d=\dfrac{\varepsilon S}{d}\dfrac{dv}{dt}=C\dfrac{dv}{dt}
즉 변위전류는 콘덴서에 흐르는 충전전류와 같은 식이 된다. 여기에 v=Vmsinωtv=V_m\sin\omega t 를 대입하면
Id=Cddt(Vmsinωt)=ωCVmcosωt[A]I_d=C\dfrac{d}{dt}\left(V_m\sin\omega t\right)=\omega CV_m\cos\omega t\,[\mathrm{A}]
미분에서 나온 각주파수 ω\omega 가 반드시 붙고, 사인을 미분했으므로 코사인이 되며 전압보다 위상이 90도 앞선다.

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