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1[전기기사 필기] 15년 3회차
반지름 a, b(b>a)[m]의 동심 구도체 사이에 유전율 ε[F/m]의 유전체가 채워졌을 때의 정전 용량은 몇 [F]인가?
1
πεln⁡ba\dfrac{\pi\varepsilon}{\ln\dfrac{b}{a}}
2
ln⁡baπε\dfrac{\ln\dfrac{b}{a}}{\pi\varepsilon}
3
4πεabb−a\dfrac{4\pi\varepsilon ab}{b-a}
4
14πεa−bab\dfrac{1}{4\pi\varepsilon}\dfrac{a-b}{ab}
해설

내구에 +Q+Q를 주면 가우스 법칙에 의해 두 구 사이(반지름 rr가 aa와 bb 사이인 영역)의 전계는
E=Q4πεr2 [V/m]E=\dfrac{Q}{4\pi\varepsilon r^2}\,[\mathrm{V/m}]
두 도체 사이의 전위차는 이 전계를 aa에서 bb까지 적분하여 구한다.
V=∫abE dr=Q4πε[−1r]ab=Q4πε(1a−1b)=Q(b−a)4πεabV=\int_a^b E\,dr=\dfrac{Q}{4\pi\varepsilon}\left[-\dfrac{1}{r}\right]_a^b=\dfrac{Q}{4\pi\varepsilon}\left(\dfrac{1}{a}-\dfrac{1}{b}\right)=\dfrac{Q(b-a)}{4\pi\varepsilon ab}
정전용량은 C=QVC=\dfrac{Q}{V}이므로
C=4πεabb−a [F]C=\dfrac{4\pi\varepsilon ab}{b-a}\,[\mathrm{F}]
b→∞b\to\infty로 두면 C→4πεaC\to 4\pi\varepsilon a가 되어 고립 도체구의 정전용량과 일치한다. 자연로그가 들어간 식은 동심 구가 아니라 동축 원통(동축 케이블)의 정전용량 형태이다.

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