전기기사 · 전기자기학 과목
전기기사 정전계와 유전체 개념 정리
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AI가 새로 쓴 글 가운데, 작성과 분리된 AI 검증(다시 읽고 사실·수치 확인)을 통과한 단원만 싣습니다. 틀린 곳을 발견하면 알려 주세요.
핵심 개념
쿨롱의 법칙
두 전하 사이에 작용하는 힘은 두 전하량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례합니다. 진공에서 F = 9 × 10⁹ × Q1 × Q2 ÷ r² [N] 입니다.
외우는 요령'거리가 2배면 힘은 1/4' — 제곱에 반비례를 먼저 떠올리세요.
평행판 콘덴서의 정전용량
C = ε × S ÷ d 로, 판의 넓이(S)가 넓을수록, 판 사이 간격(d)이 좁을수록 커집니다. 판 사이에 유전체를 넣으면 비유전율 배만큼 커집니다.
외우는 요령'넓게, 가깝게, 유전체 넣으면' 커진다.
정전 에너지
콘덴서에 저장되는 에너지는 W = ½ × C × V² [J] 입니다.
외우는 요령코일 에너지 ½ L I² 와 모양이 같습니다(C↔L, V↔I).
도체의 성질
정전 상태의 도체 내부 전계는 0 이고, 전하는 표면에만 있으며 뾰족한 곳일수록 많이 모입니다.
외우는 요령피뢰침이 뾰족한 이유 — 끝에 전하가 모인다.
전기력선의 성질
전기력선은 양전하에서 나와 음전하로 들어가고, 서로 교차하지 않으며, 등전위면과 수직으로 만납니다.
외우는 요령'+에서 –로, 엇갈리지 않고, 등전위면과 직각'.
자주 나오는 포인트
- 쿨롱의 법칙에서 거리가 바뀔 때 힘이 몇 배가 되는지 묻는 문제가 자주 나옵니다.
- 정전용량이 간격·면적·유전체에 따라 어떻게 바뀌는지 묻습니다.
- 도체 내부 전계가 0 이라는 성질이 단골입니다.
대표 문제 3개
검수를 마친 예상문제 가운데 이 단원의 대표 문제입니다.
문제 1. 점전하에서 떨어진 거리가 2배가 되면 그 점의 전계의 세기는 몇 배가 되는가?
- ① 1/2 배
- ② 1/4 배
- ③ 2배
- ④ 4배
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정답: ② 1/4 배
핵심: 점전하의 전계는 거리의 제곱에 반비례
- 공식: E = Q ÷ (4πε₀r²)
- 거리 r 이 2배가 되면 r² 은 4배
- 전계는 r² 에 반비례하므로 1/4 배
틀린 선지
- ① 1/2 배: 거리에 반비례하는 것은 전위입니다. 전계는 거리의 제곱에 반비례합니다.
- ③ 2배: 멀어질수록 전계는 약해집니다.
- ④ 4배: 멀어질수록 전계는 약해집니다.
문제 2. 공기 중에서 2 × 10⁻⁶ C 과 3 × 10⁻⁶ C 의 두 점전하가 0.3m 떨어져 있을 때, 두 전하 사이에 작용하는 힘의 크기는 몇 N 인가?
- ① 0.06N
- ② 0.18N
- ③ 0.6N
- ④ 1.8N
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정답: ③ 0.6N
핵심: 쿨롱의 법칙: F = 9 × 10⁹ × Q1 × Q2 ÷ r²
- Q1 × Q2 = 2 × 10⁻⁶ × 3 × 10⁻⁶ = 6 × 10⁻¹²
- r² = 0.3 × 0.3 = 0.09
- F = 9 × 10⁹ × 6 × 10⁻¹² ÷ 0.09
- F = 0.054 ÷ 0.09 = 0.6N
틀린 선지
- ① 0.06N: 자릿수를 잘못 계산한 값입니다.
- ② 0.18N: 거리를 제곱하지 않고 0.3 으로 나눈 값입니다.
- ④ 1.8N: 계산이 틀린 값입니다.
문제 3. 평행판 콘덴서의 극판 사이 간격을 2배로 넓히면 정전용량은 어떻게 되는가? (다른 조건은 같다)
- ① 1/2 배가 된다.
- ② 2배가 된다.
- ③ 4배가 된다.
- ④ 변하지 않는다.
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정답: ① 1/2 배가 된다.
핵심: 평행판 콘덴서 C = ε × S ÷ d: 간격에 반비례한다
정전용량은 극판 넓이(S)에 비례하고 간격(d)에 반비례합니다. 간격이 2배가 되면 정전용량은 절반이 됩니다.
틀린 선지
- ② 2배가 된다.: 간격을 절반으로 줄였을 때의 결과입니다.
- ③ 4배가 된다.: 제곱에 비례하는 관계가 아닙니다.
- ④ 변하지 않는다.: 간격이 바뀌면 정전용량도 바뀝니다.