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1[전기기사 필기] 23년 3회차
그림과 같이 반지름 aa[m]인 원형 도선 루프 2개가 ±Z\pm Z축 상에 놓여 있다. II[A]의 전류가 흐를 때 원형전류 중심축 상의 자계 HzH_{z}[AT/m]는? (단, az,aϕa_{z}, a_{\phi}는 단위벡터이다.)
ZXYazIa−zI원점
1
Hz=a2Iaz2(a2+z2)32H_{z}=\dfrac{a^{2}Ia_{z}}{2(a^{2}+z^{2})^{\frac{3}{2}}}
2
Hz=a2Iaϕ2(a2+z2)32H_{z}=\dfrac{a^{2}Ia_{\phi}}{2(a^{2}+z^{2})^{\frac{3}{2}}}
3
Hz=a2Iaϕ(a2+z2)32H_{z}=\dfrac{a^{2}Ia_{\phi}}{(a^{2}+z^{2})^{\frac{3}{2}}}
4
Hz=a2Iaz(a2+z2)32H_{z}=\dfrac{a^{2}Ia_{z}}{(a^{2}+z^{2})^{\frac{3}{2}}}
해설
반지름 aa인 원형 코일에 전류 II가 흐를 때 중심에서 축방향으로 zz만큼 떨어진 점의 자계는 H=a2I2(a2+z2)3/2H=\dfrac{a^{2}I}{2(a^{2}+z^{2})^{3/2}}이고 방향은 축방향인 aza_{z}이다. 그림처럼 +z+zz-z에 놓인 두 루프에 같은 방향으로 II가 흐르면 두 루프의 중간(원점)에서는 각 루프까지의 거리가 zz로 같고 두 자계가 같은 방향으로 겹치므로 정확히 2배가 된다. 즉 Hz=2×a2I2(a2+z2)3/2az=a2Iaz(a2+z2)3/2H_{z}=2\times\dfrac{a^{2}I}{2(a^{2}+z^{2})^{3/2}}a_{z}=\dfrac{a^{2}Ia_{z}}{(a^{2}+z^{2})^{3/2}}이므로 정답은 ④ Hz=a2Iaz(a2+z2)3/2H_{z}=\dfrac{a^{2}Ia_{z}}{(a^{2}+z^{2})^{3/2}} 이다. ① 은 루프가 하나일 때의 값이어서 2배를 반영하지 못했고, ②·③ 의 aϕa_{\phi}는 도선 주위를 감아 도는 원주방향이므로 중심축상 자계의 방향이 될 수 없다.

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