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1[전기산업기사 필기] 20년 1회차
내구의 반지름 a(m), 외구의 반지름 b(m)인 동심 구 도체 간에 도전율이 k(S/m)인 저항물질이 채워져 있을 때의 내외구간의 합성저항(Ω)은?
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18πk(1a1b)\dfrac{1}{8\pi k}(\dfrac{1}{a}-\dfrac{1}{b})
2
14πk(1a1b)\dfrac{1}{4\pi k}(\dfrac{1}{a}-\dfrac{1}{b})
3
12πk(1a1b)\dfrac{1}{2\pi k}(\dfrac{1}{a}-\dfrac{1}{b})
4
1πk(1a+1b)\dfrac{1}{\pi k}(\dfrac{1}{a}+\dfrac{1}{b})
해설

동심 구 도체 간의 저항을 구하기 위해 미소 구껍질 저항을 적분한다. 반지름 r에서 두께 dr인 구껍질의 저항은 dR=ρ4πr2drdR = \frac{\rho}{4\pi r^2}dr (ρ = 1/k)이므로, a에서 b까지 적분하면 R=ab14πkr2dr=14πk[1r]ab=14πk(1a1b)=ba4πkabR = \int_a^b \frac{1}{4\pi k r^2}dr = \frac{1}{4\pi k}\left[-\frac{1}{r}\right]_a^b = \frac{1}{4\pi k}\left(\frac{1}{a} - \frac{1}{b}\right) = \frac{b-a}{4\pi kab}이다. 이는 a와 b의 역수 차이에 비례하고 도전율 k에 반비례하는 형태로, 정답은 14πk(1a1b)\frac{1}{4\pi k}\left(\frac{1}{a}-\frac{1}{b}\right) 또는 ba4πkab\frac{b-a}{4\pi kab}의 형태를 가져야 한다.

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