전기자기학-가정답(2021-05-20 / 375.1KB / 533회)
2019년도 국가공무원 7급 공개경쟁채용 필기시험 전기자기학 가 책형 1 쪽 전기자기학 문 1. 세 점 A, B, C는 일직선상에 위치한다. 점 A와 점 B는 [m]만큼 떨어져 있고 각각 전하 [C]가 놓여 있다. 점 C에 전하 [C]를 놓았을 때 점 B에 놓인 전하에 작용하는 힘은 평형상태를 유지한다. 점 C의 위치는? ① 점 A로부터 ② 점 A로부터 ③ 점 B로부터 ④ 점 B로부터 문 2. 자유공간상에 z축을 따라 전하밀도가 2 [C/m]인 무한한 길이의 선전하가 균일하게 분포해 있고, 점 (0, 2, 0)[m]에 2 [C]의 점전하가 놓여 있다. 이때, 점 (0, 1, 0) [m]에서의 전계[V/m]는? (단, 는 자유공간의 유전율이다) ① ② ③ ④ 문 3. 균일한 전계 와 자계 가 함께 존재하는 자유공간에서 양전하가 속도 로 움직일 때, 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 이 전하가 받는 전기력은 전하의 속도에 무관하다. ② 일 경우, 이 전하는 전기력은 받지만 자기력은 받지 않는다. ③ 전하가 받는 전기력은 전계의 방향과 일치하고, 자기력은 자계의 방향과 일치한다. ④ 전기력은 전하의 운동에너지를 변화시키지만, 자기력은 전하의 운동에너지를 변화시키지 않는다. 문 4. 무한 길이 동축 케이블에서 내부 도체의 반지름은 [m], 외부 도체의 안쪽 반지름과 바깥쪽 반지름은 각각 [m], [m]이다. 내부 도체에는 전류 [A]가 흐르며, 외부 도체에는 [A]의 전류가 반대 방향으로 흐른다. 이때, 중심으로부터 [m]만큼 떨어진 케이블 외부 점 P에서 자계의 크기[A/m]는? (단, 전류는 도체 내에서 균일하게 흐른다) b c I a I 2 P ① ② ③ ④ 문 5. 안쪽 반지름 [m], 바깥쪽 반지름 [m]인 도체구각(conductor shell)의 중심에 [C]의 점전하가 놓여 있다. 중심에서 [m]만큼 떨어진 점 A와 [m]만큼 떨어진 점 B 사이의 전위차[V]는? (단, 이고, 도체 이외의 공간은 공기로 채워져 있으며 는 자유공간의 유전율이다) A B ① ② ③ ④ 문 6. 비자성(nonmagnetic) 무손실 유전체로 채워진 공간에서 전파하는 균일 평면파의 전계가 cos × Vm이고, 시간평균 전력밀도의 크기가 Wm 로 주어질 때, 이 유전체의 비유전율()은? (단, 자유공간의 고유임피던스는 [Ω]이다) ① ② ③ ④ 문 7. 영역1( )에는 비유전율이 2, 영역2( ≥ )에는 비유전율이 4인 유전체로 채워져 있다. 영역1에서 전계가 [V/m] 일 때, 영역2에서 전계의 크기 [V/m]는? ① 2 ② 3 ③ 4 ④ 5 문 8. 그림과 같이 반지름이 [m]인 원의 1 4 이 되는 BC도선에 반무한 (semi-infinite)직선 AB도선과 CD도선이 연결되어 있다. 이 도선에 전류 I [A]가 흐를 때, 원의 중심 O에서 자계의 크기[A/m]는? A B O C D I a ① + 2 8a I ② + 2 4a I ③ - 2 8a I ④ - 2 4a I 2019년도 국가공무원 7급 공개경쟁채용 필기시험 전기자기학 가 책형 2 쪽 문 9. 자속밀도 [Wb/m2]인 자유공간에 놓인 AB [cm], BC [cm]이고, 권선수 인 직사각형 루프가 z축에 고정되어 있고, [A]의 전류가 그림과 같이 흐르고 있다. 이때, 루프에 작용하는 토크[N․m]는? B C A D z x y ① ② ③ sin cos ④ sin cos 문 10. 커패시터 C1은 도체판 면적이 S, 도체판 사이의 거리가 d이고, 공기로 채워진 평행판 커패시터이다. 이 커패시터 C1에 그림과 같이 두께가 d 3 , 비유전율이 2인 유전체를 삽입하여 새로운 평행판 커패시터 C2를 만들었다. 두 커패시터에 동일한 양의 전하를 충전할 경우 C1과 C2에 각각 저장되는 정전에너지 크기의 비는? (단, 가장자리 효과는 무시하며, 는 자유공간의 유전율이다) C1 C2 도체판 (면적 S) d d 3 2d 3 도체판 (면적 S) ① 2 : 3 ② 3 : 2 ③ 5 : 6 ④ 6 : 5 문 11. 전계 [V/m]와 자속밀도 [Wb/m2]인 자유공간에서 단위 양전하가 속도 [m/s]로 움직일 때, 단위 양전하가 받는 힘이 이 되기 위한 속도 [m/s]는? ① ② ③ ④ 문 12. 강자성체의 자기이력곡선에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 외부자계의 변화에 따라 자성체에 잔류자속이 남는다. ② 자기이력곡선 내부의 면적은 에너지 손실에 비례한다. ③ 소자 혹은 탈자(demagnetization)에 이용되는 비선형 곡선이다. ④ 자속이 포화상태가 된 후 외부자계를 제거하면 잔류자속이 남지 않는다. 문 13. 정자계에서의 암페어법칙 ∇× 는 맥스웰(J. C. Maxwell)에 의해 시변전자계에서 ∇× 라는 관계식으로 수정 되었다. 다음 맥스웰의 수정 과정에서 ㉠ ~ ㉢에 들어갈 내용을 바르게 연결한 것은? 맥스웰의 수정 과정은 전하량 보존 법칙으로부터 시작된다. 전하량 보존 법칙을 수학적으로 표현하면 연속방정식 ( ㉠ ) 이다. 정자계에서의 관계식 ∇× 의 양변에 발산 연산 (divergence operation)을 취하면, ∇∙∇× ∇∙ 가 된다. 벡터 항등식으로부터 이 식의 좌변은 항상 0이 되기 때문에 우변도 0이 되어야만 하므로 연속방정식에 위배된다. 이러한 모순을 해소하기 위하여 우변에 ( ㉡ )를 더하면 ∇∙∇× ∇∙ + ㉡ 가 된다. 이 식의 우변을 발산 연산자로 묶으면 ∇∙ 가 된다. 따라서 ∇∙∇× ∇∙ 이 되고 ∇× 로 수정된다. 이 식에서 항은 ( ㉢ )를 의미한다. ㉠ ㉡ ㉢ ① ∇∙ 변위전류밀도 ② ∇∙ 변위전류밀도 ③ ∇∙ 전도전류밀도 ④ ∇∙ 전도전류밀도 문 14. 자속밀도 sin [Wb/m2]인 자유공간에 설치된 도체 레일 위를 도체막대가 그림과 같이 주기적으로 왕복운동을 하고 있다. 시간이 일 때 도체막대의 위치는 sin [m]이며, 레일은 [Ω]으로 종단되어 있다. 이때, 도체막대에 흐르는 전류 i[A]는? i 1 [m] 도체막대 [m] [m] ① sincos ② coscos ③ cossin ④ sinsin 2019년도 국가공무원 7급 공개경쟁채용 필기시험 전기자기학 가 책형 3 쪽 문 15. 자계 sin [A/m]인 자유공간의 원점에서 시간 일 때, 변위전류밀도[A/m2]는? ① ② ③ ④ 문 16. 그림과 같이 주파수 100 [MHz]에서 동작하는 신호원에 길이 l인 무손실 전송선로와 부하가 연결되어 있다. 신호원의 임피던스는 50 [Ω]이고, 전송선로의 특성임피던스와 부하의 임피던스는 각각 50 [Ω]과 150 [Ω]이다. 전송선로의 입력단에서 부하를 바라본 입력 임피던스 Zin(= R + jX)에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 는 전송선로에서 전파하는 신호의 한 파장 길이를 의미한다) l 50 [Ω] sin 50 [Ω] 150 [Ω] Zin ① 0 < l < 0.25 이면 X는 양수이다. ② 0 < l < 0.25 이면 0 < R < 150 [Ω]이다. ③ 0.25 < l < 0.5이면 R > 150 [Ω]이다. ④ l = 0.25이면 R = 1 150 [Ω]이다. 문 17. 비투자율이 1,000이고 평균자로길이가 2 [m]이며 단면적이 일정한 토로이드 철심 자기회로에서 4 [mm]의 공극이 생겼을 때, 전체 자기저항(리럭턴스)은 공극이 없었을 때에 비해 몇 배로 증가하는가? (단, 공극의 간격은 평균자로길이에 비해 충분히 작고, 가장자리 효과는 무시한다) ① 2배 ② 3배 ③ 4배 ④ 5배 문 18. 무손실 매질에서 전파하는 전자기파의 전계와 자계가 각각 = 120cos(6 ×108t-4z) [V/m], =cos(6 ×108t-4z) [A/m] 로 주어질 때, 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 자유 공간의 전파속도 c =3 × 108 [m/s]이고, 자유공간의 고유임피던스는 = 120 [Ω]이다) ① 이 전자기파의 동작 주파수는 300 [MHz]이다. ② 매질에서 전자기파의 전파속도는 1.5 × 108 [m/s]이다. ③ 매질에서 전자기파의 평균전력밀도는 60 [W/m2]이다. ④ 매질의 비투자율은 이다. 문 19. 자속밀도가 [Wb/m2]인 자유공간에서 반지름 50 [cm]인 원형 도선이 평면에 놓여 있다. 이 도선에 3 [mA]의 전류가 시계 반대방향으로 흐를 때, 원형 도선 전체에 가해지는 힘의 크기[N]는? ① 0 ② ③ 2 ④ 3 문 20. 그림과 같이 자유공간에 있는 원형 코일1과 코일2의 반지름, 권선수는 각각 , 과 , 이다. 두 코일의 중심이 같은 축 위에 있고 거리 만큼 떨어져 평행하게 놓여 있다. 두 코일에 각각 , 의 전류가 흐른다고 가정할 때, 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 이고, ≫ 이다) 코일2 코일1 0 ① 두 코일 사이의 상호인덕턴스 는 두 코일의 권선수 곱에 비례하는 ∝로 표현할 수 있다. ② 두 코일 사이의 상호인덕턴스 는 두 코일의 반지름 제곱의 곱에 비례하는 ∝ 으로 표현할 수 있다. ③ 코일1에 흐르는 전류에 의해 코일2에 작용하는 힘의 크기 는 두 코일에 흐르는 전류의 곱에 비례하는 ∝ 로 표현할 수 있다. ④ 코일1과 코일2에 같은 방향으로 전류가 흐를 경우 코일1에 흐르는 전류에 의해 코일2에 작용하는 힘 의 방향은 방향이다.