전자기학
유전체
분극전하
2015.5 기출
비유전율 10 유전체를 5V/m 전계에 놓을 때 표면 전하밀도(분극)는 몇 C/m²인가?
- ① \(2.2\times10^{-10}\)
- ② \(3.98\times10^{-10}\) 정답
- ③ \(4.4\times10^{-9}\)
- ④ \(5.0\times10^{-9}\)
📖 해설
표면 분극전하밀도 = 분극의 세기 P
전계에 수직인 유전체 표면의 분극전하밀도는 분극의 세기와 같습니다: \(\sigma_p=P\cdot\mathbf{n}=P\).
분극의 세기
\[ P=\varepsilon_0(\varepsilon_s-1)E\ [\text{C/m}^2] \](\(\varepsilon_s\): 비유전율, \(\varepsilon_0=8.854\times10^{-12}\) F/m)
대입 (\(\varepsilon_s=10,\ E=5\) V/m):
\[ P=8.854\times10^{-12}\times(10-1)\times5=8.854\times10^{-12}\times45\approx3.98\times10^{-10}\ \text{C/m}^2 \]∴ \(\sigma_p=3.98\times10^{-10}\) C/m².
※ 다른 방법 — 전속밀도 \(D=\varepsilon_s\varepsilon_0 E\approx4.43\times10^{-10}\), \(P=D-\varepsilon_0 E=D\!\left(1-\dfrac{1}{\varepsilon_s}\right)\)로도 같은 값이 나옵니다.
※ 함정 — 보기 \(4.4\times10^{-9}\)은 \(D\)값(약 \(4.43\times10^{-10}\))을 P로 착각 + 자릿수 오류한 오답입니다.
전계에 수직인 유전체 표면의 분극전하밀도는 분극의 세기와 같습니다: \(\sigma_p=P\cdot\mathbf{n}=P\).
분극의 세기
\[ P=\varepsilon_0(\varepsilon_s-1)E\ [\text{C/m}^2] \](\(\varepsilon_s\): 비유전율, \(\varepsilon_0=8.854\times10^{-12}\) F/m)
대입 (\(\varepsilon_s=10,\ E=5\) V/m):
\[ P=8.854\times10^{-12}\times(10-1)\times5=8.854\times10^{-12}\times45\approx3.98\times10^{-10}\ \text{C/m}^2 \]∴ \(\sigma_p=3.98\times10^{-10}\) C/m².
※ 다른 방법 — 전속밀도 \(D=\varepsilon_s\varepsilon_0 E\approx4.43\times10^{-10}\), \(P=D-\varepsilon_0 E=D\!\left(1-\dfrac{1}{\varepsilon_s}\right)\)로도 같은 값이 나옵니다.
※ 함정 — 보기 \(4.4\times10^{-9}\)은 \(D\)값(약 \(4.43\times10^{-10}\))을 P로 착각 + 자릿수 오류한 오답입니다.