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선전하밀도 \rho[C/m]를 갖는 코일이 반원형 형태일 때, 반원의 상세 페이지

1[전기기사 필기] 24년 1회차
선전하밀도 ρ\rho[C/m]를 갖는 코일이 반원형 형태일 때, 반원의 중심에서 전계의 세기는 몇 [V/m]인가? (단, 반지름은 rr[m]이다.)
r선전하밀도 ρ
1
ρ4πϵ0r2\dfrac{\rho}{4 \pi \epsilon_{0} r^{2}}
2
ρ8πϵ0r2\dfrac{\rho}{8 \pi \epsilon_{0} r^{2}}
3
ρ4πϵ0r\dfrac{\rho}{4 \pi \epsilon_{0} r}
4
ρ2πϵ0r\dfrac{\rho}{2 \pi \epsilon_{0} r}
해설
반원형으로 분포한 선전하 ρ\rho에 의해 중심에 생기는 전계는 대칭성에 의해 지름과 나란한 성분은 상쇄되고 이에 수직한 성분만 남는다. 미소전하 dq=ρrdθdq=\rho r\,d\theta에 의한 전계의 수직 성분을 θ=0\theta=0부터 π\pi까지 적분하면 E=ρ4πϵ0r0πsinθdθ=ρ2πϵ0rE=\dfrac{\rho}{4\pi\epsilon_0 r}\displaystyle\int_0^{\pi}\sin\theta\,d\theta=\dfrac{\rho}{2\pi\epsilon_0 r}가 되어 정답은 ④ ρ2πϵ0r\dfrac{\rho}{2\pi\epsilon_0 r}이다.

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