면적 S[m2], 간격 d[m]인 평행판 공기콘덴서의 극판 사이에 두께 t[m], 비유전율 ϵr인 유전체를 끼워 넣었다. 유전체를 삽입한 후의 정전에너지는 삽입 전의 몇 배인가? (단, 평행판 콘덴서의 전위는 일정하게 유지된다.)
1
ϵrdt+ϵr(d−t)
2
t+ϵr(d−t)ϵ0t
3
t+ϵr(d−t)ϵrd
4
ϵ0tt+ϵr(d−t)
해설
전압 V가 일정하게 유지되는 조건에서 정전에너지는 정전용량에 비례한다(W=21CV2). 유전체(두께 t, 비유전율 ϵr)와 남은 공기층(두께 d-t)이 직렬로 연결된 정전용량은 C=t+ϵr(d−t)ϵ0ϵrS이고, 원래 공기콘덴서의 용량은 C0=dϵ0S이다. 두 값의 비를 구하면 C0C=t+ϵr(d−t)ϵrd가 되어, 정답은 ③ t+ϵr(d−t)ϵrd이다.
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