ℇ1＞ℇ2인 두 유전체의 경계면에 전계가 수직으로 입사할 때 단위 면적… | [전기산업기사 필기] 15년 2회차 기출문제 상세 페이지

전계가 경계면에 수직으로 입사하면 경계조건에 의해 전속밀도 D 의 법선성분이 연속이 되어 두 유전체 속의 D 가 같아진다. 이때 경계면에 작용하는 단위 면적당 힘(맥스웰 변형력)은 $f=\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{\varepsilon_2}-\dfrac{1}{\varepsilon_1}\right)D^2\,[\mathrm{N/m^2}]$ 로 D 를 써서 표현된다.
$\varepsilon_1>\varepsilon_2$ 이면 $\dfrac{1}{\varepsilon_2}>\dfrac{1}{\varepsilon_1}$ 이므로 f 는 양(+)이 되고, 힘의 방향은 유전율이 큰 쪽에서 작은 쪽으로, 즉 $\varepsilon_1$ 쪽에서 $\varepsilon_2$ 쪽으로 경계면을 밀어내는 방향이다. 따라서 D 로 표현된 $\dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{\varepsilon_2}-\dfrac{1}{\varepsilon_1}\right)D^2$ 과 $\varepsilon_1\rightarrow\varepsilon_2$ 방향이 동시에 맞아야 한다.
참고로 전계가 경계면에 수평(접선) 입사할 때는 E 의 접선성분이 연속이므로 $f=\dfrac{1}{2}(\varepsilon_1-\varepsilon_2)E^2$ 이 되며, 이 경우도 힘은 유전율이 큰 쪽에서 작은 쪽으로 작용한다. 수직입사인데 E 를 쓴 식이나, 힘이 $\varepsilon_2$ 에서 $\varepsilon_1$ 로 작용한다는 방향은 성립하지 않는다.