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진공 중의 전계강도 E=ix+jy+kz로 표시될 때 반지름 10m의 구… | [전기산업기사 필기] 18년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[전기산업기사 필기] 18년 3회차
진공 중의 전계강도 E=ix+jy+kz로 표시될 때 반지름 10m의 구면을 통해 나오는 전체 전속은 약 몇 C 인가?
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1.1 × 10-7
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2.1 × 10-7
3
3.2 × 10-7
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5.1 × 10-7
해설

가우스 법칙을 이용하여 전속을 구한다. 전속 Φ=SEdA=Qencϵ0\Phi = \oint_S \vec{E} \cdot d\vec{A} = \frac{Q_{enc}}{\epsilon_0}이며, 발산 정리로도 계산 가능하다: Φ=V(E)dV\Phi = \int_V (\nabla \cdot \vec{E}) dV. 주어진 전계 E=ix+jy+kz\vec{E} = i x + j y + k z에서 E=xx+yy+zz=1+1+1=3\nabla \cdot \vec{E} = \frac{\partial x}{\partial x} + \frac{\partial y}{\partial y} + \frac{\partial z}{\partial z} = 1 + 1 + 1 = 3이다.
반지름 R=10m인 구면을 통한 전속은 Φ=V3dV=3×Vsphere=3×43πR3=4πR3\Phi = \int_V 3 \, dV = 3 \times V_{sphere} = 3 \times \frac{4}{3}\pi R^3 = 4\pi R^3이다. 진공의 유전율 ϵ0=8.854×1012F/m\epsilon_0 = 8.854 \times 10^{-12} \, \text{F/m}을 적용하면, 전하량은 Q=ϵ0Φ=ϵ0×4π×(10)3=8.854×1012×4π×1000Q = \epsilon_0 \Phi = \epsilon_0 \times 4\pi \times (10)^3 = 8.854 \times 10^{-12} \times 4\pi \times 1000이다. Q=8.854×1012×12566.41.11×107CQ = 8.854 \times 10^{-12} \times 12566.4 \approx 1.11 \times 10^{-7} \, \text{C}이므로, 정답은 약 1.1 × 10-7 C이다.

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