2013 7급 국가직 전기자기학 1번 주어진 점에 대한 점전하에 의한 전계의 크기는
E 1 = Q 4 π ϵ 0 × 1 2 = Q 4 π ϵ 0 E_1=\frac{Q}{4\pi\epsilon_0\times1^2}=\frac{Q}{4\pi\epsilon_0} E 1 = 4 π ϵ 0 × 1 2 Q = 4 π ϵ 0 Q 이고, 무한 선전하에 의한 전계의 크기는
E 2 = ρ l 2 π ϵ 0 × 1 = ρ l 2 π ϵ 0 E_2=\frac{\rho_l}{2\pi\epsilon_0\times1}=\frac{\rho_l}{2\pi\epsilon_0} E 2 = 2 π ϵ 0 × 1 ρ l = 2 π ϵ 0 ρ l 이다. 따라서 E 1 = E 2 E_1=E_2 E 1 = E 2 이기 위해서는
Q 4 π ϵ 0 = ρ l 2 π ϵ 0 × 1 ⇒ ρ l = 0.5 Q \begin{gather} \frac{Q}{4\pi\epsilon_0}=\frac{\rho_l}{2\pi\epsilon_0\times1}\\ \Rightarrow \rho_l=0.5Q \end{gather} 4 π ϵ 0 Q = 2 π ϵ 0 × 1 ρ l ⇒ ρ l = 0.5 Q 이므로 답은 1번 이다.
2번 ㄱ. 위쪽으로 증가하는 B B B 를 줄여아 하므로 전류는 주어진 화살표대로 흘러야 한다.
ㄴ, 위쪽으로 감소하는 B B B 를 늘려야 하므로 전류는 주어진 화살표의 반대로 흘러야 한다.
ㄷ. 위쪽으로 감소하는 B B B 를 늘려야 하므로 전류는 주어진 화살표대로 흘러야 한다.
ㄹ. 위쪽으로 증가하는 B B B 를 줄여아 하므로 전류는 주어진 화살표의 반대로 흘러야 한다.
따라서 답은 3번 이다.
3번 자유공간이므로 고유임피던스는
η 0 = μ 0 ϵ 0 \eta_0=\sqrt{\frac{\mu_0}{\epsilon_0}} η 0 = ϵ 0 μ 0 이다. 그리고 H = E η 0 H=\frac{E}{\eta_0} H = η 0 E 이고 전파가 + a z ⃗ +\vec{a_z} + a z 방향으로 진행하므로 H ⃗ \vec{H} H 의 방향은 a y ⃗ \vec{a_y} a y 여야 한다. 따라서
H ⃗ = ϵ 0 μ 0 E 0 e − j ( k z − ω t ) a y ⃗ \vec{H}=\sqrt{\frac{\epsilon_0}{\mu_0}}E_0e^{-j(kz-\omega t)}\vec{a_y} H = μ 0 ϵ 0 E 0 e − j ( k z − ω t ) a y 이므로 답은 1번 이다.
4번 이다. 처음 상태의 커패시턴스를 C 1 C_1 C 1 이라 하면 충전되는 전하량은
Q = C 1 × 1 = C 0 Q=C_1\times1=C_0 Q = C 1 × 1 = C 0 이다. 그러고 나서 전원을 끊었으므로 충전된 전하량의 변화는 없을 것이다. 비유전율이 10이 되었으므로 커패시턴스는 10배가 커진 10 C 0 10C_0 10 C 0 이다. 따라서
V = Q C = C 0 10 C 0 = 0.1 V V=\frac{Q}{C}=\frac{C_0}{10C_0}=0.1\text{ V} V = C Q = 10 C 0 C 0 = 0.1 V 이므로 답은 2번 이다.
5번 Φ = ∫ B ⃗ ⋅ d s ⃗ = 4 c o s ( 10 t ) \begin{equation} \begin{split} \Phi&=\int \vec{B}\cdot\vec{ds}\\ &=4cos(10t) \end{split} \end{equation} Φ = ∫ B ⋅ d s = 4 cos ( 10 t ) 이다. 따라서 유도기전력은
e m f = − ∂ Φ ∂ t = − ( − 4 × 10 s i n ( 10 t ) ) = 40 s i n ( 10 t ) \begin{equation} \begin{split} emf&=-\frac{\partial \Phi}{\partial t}\\ &=-(-4\times10sin(10t))\\ &=40sin(10t) \end{split} \end{equation} e m f = − ∂ t ∂ Φ = − ( − 4 × 10 s in ( 10 t )) = 40 s in ( 10 t ) 이다. 따라서 유도기전력의 최댓값이 40 V이고, 단위길이 당 저항이 1 Ω \Omega Ω /m이므로 총 저항은 4 Ω \Omega Ω 이다. 그러므로 전류의 최댓값은
I m a x = 40 4 = 10 A I_{max}=\frac{40}{4}=10\text{ A} I ma x = 4 40 = 10 A 이고 답은 3번 이다.
6번 전도전류밀도는
J c = σ E = 500 s i n ( ω t ) \begin{equation} \begin{split} J_c&=\sigma E\\ &=500sin(\omega t) \end{split} \end{equation} J c = σ E = 500 s in ( ω t ) 이다. 그리고 변위전류밀도의 크기는
J d = ∣ ∂ D ∂ t ∣ = ∣ ∂ ∂ t ( 2 × 1 0 − 9 36 π × 50 s i n ( ω t ) ) ∣ = ω × 2 × 1 0 − 9 36 π × 50 c o s ( ω t ) = 2 π f × 1 0 − 7 36 π × c o s ( ω t ) = f × 1 0 − 7 18 × c o s ( ω t ) \begin{equation} \begin{split} J_d&=\left|\frac{\partial D}{\partial t}\right|\\ &=\left|\frac{\partial}{\partial t}\left(2\times\frac{10^{-9}}{36\pi}\times 50sin(\omega t)\right)\right|\\ &=\omega\times2\times\frac{10^{-9}}{36\pi}\times 50cos(\omega t)\\ &=2\pi f\times\frac{10^{-7}}{36\pi}\times cos(\omega t)\\ &=f\times\frac{10^{-7}}{18}\times cos(\omega t) \end{split} \end{equation} J d = ∣ ∣ ∂ t ∂ D ∣ ∣ = ∣ ∣ ∂ t ∂ ( 2 × 36 π 1 0 − 9 × 50 s in ( ω t ) ) ∣ ∣ = ω × 2 × 36 π 1 0 − 9 × 50 cos ( ω t ) = 2 π f × 36 π 1 0 − 7 × cos ( ω t ) = f × 18 1 0 − 7 × cos ( ω t ) 이다. 따라서 둘의 최댓값이 같기 위해서는
500 = f × 1 0 − 7 18 ⇒ f = 90 × 100 × 1 0 7 = 90 GHz \begin{equation} \begin{split} 500&=f\times\frac{10^{-7}}{18}\\ \Rightarrow f&=90\times100\times10^{7}\\ &=90\text{ GHz} \end{split} \end{equation} 500 ⇒ f = f × 18 1 0 − 7 = 90 × 100 × 1 0 7 = 90 GHz 이므로 답은 3번 이다. 사실 문제가 엄밀하게 되어 있진 않다.
7번 Q = ∭ ρ v d v = ∫ 0 a ∫ 0 π ∫ 0 2 π e − r a r 2 r s i n θ d ϕ r d θ d r = ∫ 0 a ∫ 0 π ∫ 0 2 π e − r a s i n θ d ϕ d θ d r = 2 π ∫ 0 a e − r a d r ∫ 0 π s i n θ d θ = 2 π × ( − a ) [ e − r a ] 0 a × [ − c o s θ ] 0 π = − 2 π a ( e − 1 − 1 ) × ( 1 + 1 ) = 4 π a ( e − 1 ) e \begin{equation} \begin{split} Q&=\iiint \rho_v dv\\ &=\int_0 ^a \int_0 ^{\pi} \int _0 ^{2\pi} \frac{e^{-\frac{r}{a}}}{r^2} rsin\theta d\phi rd\theta dr\\ &=\int_0 ^a \int_0 ^{\pi} \int _0 ^{2\pi}e^{-\frac{r}{a}}sin\theta d\phi d\theta dr\\ &=2\pi\int_0 ^a e^{-\frac{r}{a}} dr \int_0 ^{\pi}sin\theta d\theta\\ &=2\pi \times(-a)\left[e^{-\frac{r}{a}}\right]_0 ^a \times [-cos\theta]_0 ^\pi\\ &=-2\pi a (e^{-1}-1)\times(1+1)\\ &=\frac{4\pi a(e-1)}{e} \end{split} \end{equation} Q = ∭ ρ v d v = ∫ 0 a ∫ 0 π ∫ 0 2 π r 2 e − a r rs in θ d ϕ r d θ d r = ∫ 0 a ∫ 0 π ∫ 0 2 π e − a r s in θ d ϕ d θ d r = 2 π ∫ 0 a e − a r d r ∫ 0 π s in θ d θ = 2 π × ( − a ) [ e − a r ] 0 a × [ − cos θ ] 0 π = − 2 πa ( e − 1 − 1 ) × ( 1 + 1 ) = e 4 πa ( e − 1 ) 이므로 답은 4번 이다.
8번 공극에서의 자기저항은R a i r = l μ 0 S = 1 4 π × 1 0 − 7 × 2 = 1 24 × 1 0 7 H − 1 \begin{equation} \begin{split} \mathcal{R_{air}}&=\frac{l}{\mu_0 S}\\ &=\frac{1}{4\pi\times10^{-7\times2}}\\ &=\frac{1}{24}\times10^{7}\text{ H}^{-1} \end{split} \end{equation} R ai r = μ 0 S l = 4 π × 1 0 − 7 × 2 1 = 24 1 × 1 0 7 H − 1 이다. 자속과 총 자기저항과의 곱은 기자력이다. 따라서R Φ = N I = 200 × 3 = 600 Wb/H \begin{equation} \begin{split} \mathcal{R}\Phi=NI\\ &=200\times 3\\ &=600\text{ Wb/H} \end{split} \end{equation} R Φ = N I = 200 × 3 = 600 Wb/H 이다. 자속밀도는 자속을 단면적으로 나눈 것이므로 자속밀도와 총 자기저항과의 곱은 위 값을 단면적으로 나눈600 2 = 300 T/H \frac{600}{2}=300\text{ T/H} 2 600 = 300 T/H 이다. a a a 의 코어 자기저항은R a = 5 + 5 + 5 5000 × 4 π × 1 0 − 7 × 2 = 15 15000 × 8 × 1 0 − 7 = 1 8 × 1 0 − 4 = 1250 H − 1 \begin{equation} \begin{split} \mathcal{R_a}&=\frac{5+5+5}{5000\times4\pi\times10^{-7}\times2}\\ &=\frac{15}{15000\times8\times10^{-7}}\\ &=\frac{1}{8\times10^{-4}}\\ &=1250\text{ H}^{-1} \end{split} \end{equation} R a = 5000 × 4 π × 1 0 − 7 × 2 5 + 5 + 5 = 15000 × 8 × 1 0 − 7 15 = 8 × 1 0 − 4 1 = 1250 H − 1 이다.따라서 답은 4번 이다.
9번 금속판의 중심에서 ρ \rho ρ 만큼 떨어진 지점에 있는 단위전하가 받는 힘은
F ⃗ = v ⃗ × B ⃗ = ρ ω a ϕ ⃗ × ( 2 a z ⃗ ) = 2 ρ ω a ρ ⃗ \begin{equation} \begin{split} \vec{F}&=\vec{v}\times \vec{B}\\ &=\rho\omega\vec{a_\phi}\times(2\vec{a_z})\\ &=2\rho\omega{\vec{a_\rho}} \end{split} \end{equation} F = v × B = ρ ω a ϕ × ( 2 a z ) = 2 ρ ω a ρ 이다. 따라서 기전력을 구하면
V e m f = ∫ F ⃗ ⋅ d l ⃗ = ∫ 0 a 2 ρ ω a ρ ⃗ ⋅ d ρ a ρ ⃗ = ω ρ 2 ∣ 0 a = ω a 2 \begin{equation} \begin{split} V_{emf}&=\int \vec{F}\cdot\vec{dl}\\ &=\int_0^a 2\rho\omega{\vec{a_\rho}}\cdot d\rho\vec{a_\rho}\\ &=\omega \rho^2|_0 ^a\\ &=\omega a^2 \end{split} \end{equation} V e m f = ∫ F ⋅ d l = ∫ 0 a 2 ρ ω a ρ ⋅ d ρ a ρ = ω ρ 2 ∣ 0 a = ω a 2 이므로 답은 4번 이다.
10번 B C ‾ \overline{BC} BC 에서 전류와 자속밀도가 평행하므로 받는 힘은 0이다.C D ‾ \overline{CD} C D 는 a y ⃗ \vec{a_y} a y 방향으로,A B ‾ \overline{AB} A B 는 − a y ⃗ -\vec{a_y} − a y 방향으로 같은 크기의 힘을 받을 것이므로 합력은 0이다.토크는τ ⃗ = m ⃗ × B ⃗ = − 6 × 6 × 1 0 − 3 a y ⃗ × 1 a z ⃗ = − 3.6 × 1 0 − 2 a x ⃗ N ⋅ m \begin{equation} \begin{split} \vec{\tau}&=\vec{m}\times\vec{B}\\ &=-6\times6\times10^{-3}\vec{a_y}\times1\vec{a_z}\\ &=-3.6\times10^{-2}\vec{a_x}\text{ N}\cdot\text{m} \end{split} \end{equation} τ = m × B = − 6 × 6 × 1 0 − 3 a y × 1 a z = − 3.6 × 1 0 − 2 a x N ⋅ m 이다. 루프가 x y xy x y 평면과 평행이면 m ⃗ ∣ ∣ B ⃗ \vec{m}||\vec{B} m ∣∣ B 이므로 토크는 0 ⃗ \vec{0} 0 이다. 따라서 답은 4번 이다.
11번 한 변을 x x x 축상에 놓고, 그 중점이 원점에 위치하도록 하자. 그러면 루프의 중심은 ( 0 , 1 ) (0,1) ( 0 , 1 ) 에 위치한다. 이 변으로 인한 이 점에서의 자속밀도의 크기를 구하고 4를 곱하면 총 자속밀도가 나올 것이다.
변 위의 어느 위치 x x x 에서 루프의 중심까지의 거리는
R = x 2 + 1 \mathcal{R}=\sqrt{x^2+1} R = x 2 + 1 이다. 그리고 이 위치에서 루프의 중심까지의 방향벡터를 a R ⃗ \vec{a_\mathcal{R}} a R 이라 하자.
이제 비오-사바르 법칙을 이용하자.
d B ⃗ = μ 0 I 4 π d l ⃗ × a R ⃗ R 2 = 2 μ 0 4 π d x a x ⃗ × ( 1 a y ⃗ − x a x ⃗ ) ( x 2 + 1 ) 3 2 = μ 0 2 π d x a z ⃗ ( x 2 + 1 ) 3 2 \begin{equation} \begin{split} \vec{dB}&=\frac{\mu_0I}{4\pi}\frac{\vec{dl}\times\vec{a_\mathcal{R}}}{\mathcal{R}^2}\\ &=\frac{2\mu_0}{4\pi}\frac{dx\vec{a_x}\times(1\vec{a_y}-x\vec{a_x})}{(x^2+1)^{\frac{3}{2}}}\\ &=\frac{\mu_0}{2\pi}\frac{dx\vec{a_z}}{(x^2+1)^{\frac{3}{2}}} \end{split} \end{equation} d B = 4 π μ 0 I R 2 d l × a R = 4 π 2 μ 0 ( x 2 + 1 ) 2 3 d x a x × ( 1 a y − x a x ) = 2 π μ 0 ( x 2 + 1 ) 2 3 d x a z 다음과 같이 치환하자.
x = t a n θ ⇒ d x = s e c 2 θ d θ x=tan\theta \Rightarrow dx=sec^2\theta d\theta x = t an θ ⇒ d x = se c 2 θ d θ 대입하면
d B ⃗ = μ 0 2 π s e c 2 θ d θ ( s e c 2 θ ) 3 2 = μ 0 2 π c o s θ d θ \begin{equation} \begin{split} \vec{dB}&=\frac{\mu_0}{2\pi}\frac{sec^2\theta d\theta}{(sec^2\theta)^{\frac{3}{2}}}\\ &=\frac{\mu_0}{2\pi} cos\theta d\theta \end{split} \end{equation} d B = 2 π μ 0 ( se c 2 θ ) 2 3 se c 2 θ d θ = 2 π μ 0 cos θ d θ 이다. 이를 ( − 2 , 2 ) (-2,2) ( − 2 , 2 ) 구간에 대해 적분하면 θ \theta θ 의 범위는 ( − π 4 , π 4 ) (-\frac{\pi}{4},\frac{\pi}{4}) ( − 4 π , 4 π ) 가 되므로
H 1 ⃗ = μ 0 2 π ∫ − π 4 π 4 c o s θ d θ = μ 0 2 π ( s i n ( π 4 ) − s i n ( − π 4 ) ) = μ 0 2 π 1 2 × 2 = 2 μ 0 2 π \begin{equation} \begin{split} \vec{H_1}&=\frac{\mu_0}{2\pi}\int_{-\frac{\pi}{4}} ^{\frac{\pi}{4}}cos\theta d\theta\\ &=\frac{\mu_0}{2\pi} \left(sin\left(\frac{\pi}{4}\right)-sin\left(-\frac{\pi}{4}\right)\right)\\ &=\frac{\mu_0}{2\pi} \frac{1}{\sqrt{2}}\times 2\\ &=\frac{\sqrt{2}\mu_0}{2\pi} \end{split} \end{equation} H 1 = 2 π μ 0 ∫ − 4 π 4 π cos θ d θ = 2 π μ 0 ( s in ( 4 π ) − s in ( − 4 π ) ) = 2 π μ 0 2 1 × 2 = 2 π 2 μ 0 이다. 따라서 이를 4배하면
H = 2 2 μ 0 π H=\frac{2\sqrt{2}\mu_0}{\pi} H = π 2 2 μ 0 이므로 답은 3번 이다.
12번 Stokes 정리는∮ H ⃗ ⋅ d l ⃗ = ∬ ∇ × H ⃗ ⋅ d s ⃗ \oint \vec{H}\cdot\vec{dl}=\iint \nabla\times\vec{H}\cdot\vec{ds} ∮ H ⋅ d l = ∬ ∇ × H ⋅ d s 이므로 옳다. 암페어의 주회법칙의 미분형은∇ × H ⃗ = J ⃗ \nabla\times\vec{H}=\vec{J} ∇ × H = J 이다. 이를 적분형에서 유도할 수 있다. 적분 결과의 부호는 음이 될 수도 있다. 당연히 그렇다. 그러므로 답은 3번 이다.
14번 그렇다. 그렇다. 외부 전속밀도를 상쇄하는 방향으로 전하들이 분포하기 때문에 합치면 전속밀도느 없다. 그렇다. 있다면 전계에 의해 전하들이 더이상 전계가 없을 때까지 이동할 것이다. 완전도체 표면에서 전류가 흐른다면 접선방향의 자계는 있을 수 있다. 따라서 답은 4번 이다.
15번 기전력은
e m f = − ∫ S ∂ B ⃗ ∂ t ⋅ d s ⃗ + ∮ ( v ⃗ × B ⃗ ) ⋅ d l ⃗ emf=-\int_S\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}\cdot \vec{ds}+\oint (\vec{v}\times\vec{B})\cdot\vec{dl} e m f = − ∫ S ∂ t ∂ B ⋅ d s + ∮ ( v × B ) ⋅ d l 이다. 주어진 상황에서는 B ⃗ \vec{B} B 가 시간에 대해 일정하므로 시간으로 편미분하면 0 ⃗ \vec{0} 0 이고, 움직임도 없으니 v ⃗ \vec{v} v 도 0 ⃗ \vec{0} 0 이다. 따라서
이므로 검출전압은 스위치 개폐에 따라 변하지 않는다. 그러므로 답은 1번 이다.
16번 자계가 없다고 가정했을 때 표면전류밀도로 인하여 생기는 자계는 영역1에서 10 a z ⃗ 10\vec{a_z} 10 a z 이고, 영역2에서 − 10 a z ⃗ -10\vec{a_z} − 10 a z 이다.
그런데 영역1에서 주어진 자계의 z z z 성분이 30 a z ⃗ 30\vec{a_z} 30 a z 로 20 a z ⃗ 20\vec{a_z} 20 a z 가 더해졌으니 영역2에도 20 a z ⃗ 20\vec{a_z} 20 a z 를 더해주면 영역2의 자계의 z z z 성분은 10 a z ⃗ 10\vec{a_z} 10 a z 이다.
그리고 y y y 성분은 변화가 없으므로 둘 다 − 20 a y ⃗ -20\vec{a_y} − 20 a y 이다.
그고 자기장의 발산이 0임을 고려하면 경계면에 수직인 자계 성분인 x x x 성분을 다음과 같이 구할 수 있다.
B 1 x = B 2 x ⇒ μ r 1 H 1 x = μ r 2 H 2 x ⇒ 4 × 10 = 2 × H 2 x ⇒ H 2 x = 20 A/m \begin{equation} \begin{split} B_{1x}&=B_{2x}\\ \Rightarrow \mu_{r1}H_{1x}&=\mu_{r2}H_{2x}\\ \Rightarrow 4\times10&=2\times H_{2x}\\ \Rightarrow H_{2x}&=20\text{ A/m} \end{split} \end{equation} B 1 x ⇒ μ r 1 H 1 x ⇒ 4 × 10 ⇒ H 2 x = B 2 x = μ r 2 H 2 x = 2 × H 2 x = 20 A/m 따라서 종합하면
H 2 ⃗ = 20 a x ⃗ − 20 a y ⃗ + 10 a z ⃗ \vec{H_2}=20\vec{a_x}-20\vec{a_y}+10\vec{a_z} H 2 = 20 a x − 20 a y + 10 a z 이므로 그 크기는
H 2 = 2 0 2 + 2 0 2 + 1 0 2 = 30 A/m H_2=\sqrt{20^2+20^2+10^2}=30\text{ A/m} H 2 = 2 0 2 + 2 0 2 + 1 0 2 = 30 A/m 이다. 따라서 답은 3번 이다.
17번 반사가 일어나지 않았으므로 미지의 무손실 매질 영역의 고유임피던스는 자유공간의 고유임피던스와 같다. 그러므로 답이 될 수 있는 것은 1번 또는 4번이다.
다음으로 전파속도 조건을 보면 빛의 속도의 1 3 \frac{1}{3} 3 1 이고, 전파속도는
v = 1 μ 0 ϵ 0 1 μ r ϵ r v=\frac{1}{\sqrt{\mu_0\epsilon_0}}\frac{1}{\sqrt{\mu_r\epsilon_r}} v = μ 0 ϵ 0 1 μ r ϵ r 1 이므로
ϵ r = μ r = 3 \epsilon_r=\mu_r=3 ϵ r = μ r = 3 임을 알 수 있다. 따라서 답은 1번 이다.
18번 외부도체에서 ρ \rho ρ 일 때의 미소전류를 구하면
d I = 2 π a π ( ( 5 a ) 2 − ( 3 a ) 2 ) × 2 π ρ d ρ = 2 π a 16 a 2 π × 2 π ρ d ρ = π ρ 4 a d ρ \begin{equation} \begin{split} dI&=\frac{2\pi a}{\pi((5a)^2-(3a)^2)}\times2\pi\rho d\rho\\ &=\frac{2\pi a}{16a^2\pi}\times 2\pi \rho d\rho\\ &=\frac{\pi\rho}{4a}d\rho \end{split} \end{equation} d I = π (( 5 a ) 2 − ( 3 a ) 2 ) 2 πa × 2 π ρ d ρ = 16 a 2 π 2 πa × 2 π ρ d ρ = 4 a π ρ d ρ 이다. 따라서 ρ = 4 a \rho=4a ρ = 4 a 일 때 그 안의 외부도체의 전류는
I o u t e r = ∫ 3 a 4 a π ρ 4 a d ρ = π 4 a [ ρ 2 2 ] 3 a 4 a = π 4 a × 1 2 ( 16 a 2 − 9 a 4 ) = 7 a π 8 A \begin{equation} \begin{split} I_{outer}&=\int_{3a}^{4a}\frac{\pi\rho}{4a}d\rho\\ &=\frac{\pi}{4a}\left[\frac{\rho^2}{2} \right]_{3a}^{4a}\\ &=\frac{\pi}{4a}\times\frac{1}{2}(16a^2-9a^4)\\ &=\frac{7a\pi}{8}\text{A} \end{split} \end{equation} I o u t er = ∫ 3 a 4 a 4 a π ρ d ρ = 4 a π [ 2 ρ 2 ] 3 a 4 a = 4 a π × 2 1 ( 16 a 2 − 9 a 4 ) = 8 7 aπ A 이다. 내부도체에는 반대 방향으로 2 π a 2\pi a 2 πa 의 전류가 흐르므로 총 전류는
I t o t a l = 2 π a − 7 a π 8 = 9 a π 8 A I_{total}=2\pi a-\frac{7a\pi}{8}=\frac{9a\pi}{8}\text{ A} I t o t a l = 2 πa − 8 7 aπ = 8 9 aπ A 이다. 한편 자계는 원형으로 대칭성이 있고,
∮ H ⃗ ⋅ d l ⃗ = I \oint \vec{H}\cdot\vec{dl}=I ∮ H ⋅ d l = I 이므로
2 π × 4 a H = 9 a π 8 ⇒ H = 9 64 = ( 3 8 ) 2 \begin{equation} \begin{split} 2\pi \times 4a H&=\frac{9a\pi}{8}\\ \Rightarrow H&=\frac{9}{64}\\ &=\left(\frac{3}{8}\right)^2 \end{split} \end{equation} 2 π × 4 a H ⇒ H = 8 9 aπ = 64 9 = ( 8 3 ) 2 이다. 따라서 답은 3번 이다.
19번 쿨롱의 법칙에 따라서 두 점전하 사이에 작용하는 힘은
Q 1 Q 2 4 π ϵ 0 ϵ r 2 \frac{Q_1Q_2}{4\pi \epsilon_0\epsilon r^2} 4 π ϵ 0 ϵ r 2 Q 1 Q 2 이다. 유전체로 채웠을 때 힘이 절반으로 감소했으므로, 비유전율이 1에서 2로 2배가 되었을 것이다. 따라서 답은 2번 이다.
20번 무왜곡 선로의 조건은
이다.
전파정수를 구해보면
γ = Z Y = ( R + j ω L ) ( G + j ω C ) = R G − ω 2 L C + j ω ( R C + L G ) = R G − ω 2 L C + 2 j ω ( R C ) = R G + j ω L C = α + j β \begin{equation} \begin{split} \gamma&=\sqrt{ZY}\\ &=\sqrt{(R+j\omega L)(G+j\omega C)}\\ &=\sqrt{RG-\omega^2 LC+j\omega(RC+LG)}\\ &=\sqrt{RG-\omega^2 LC+2j\omega(RC) }\\ &=\sqrt{RG}+j\omega\sqrt{LC}\\ &=\alpha+j\beta \end{split} \end{equation} γ = Z Y = ( R + jω L ) ( G + jω C ) = RG − ω 2 L C + jω ( RC + L G ) = RG − ω 2 L C + 2 jω ( RC ) = RG + jω L C = α + j β 이므로
α = R G β = ω L C \begin{equation} \begin{split} \alpha&=\sqrt{RG}\\ \beta&=\omega\sqrt{LC} \end{split} \end{equation} α β = RG = ω L C 이다. 따라서 감쇠상수는 일정하고, 위상상수가 (각)주파수에 따라 변하므로 답은 2번 이다.
위상속도나 특성임피던스는 L , C L,C L , C 에만 의존한다.