공기출 - 2019 국가직 7급 전기자기학 문제 정답

전기자기학-가 정답(2021-05-20 / 375.1KB / 580회)

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 ×    Vm이고, 시간평균 전력밀도의 크기가   Wm 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 8a  I ②  ＋ 2 4a  I ③  － 2 8a I ④  － 2 4a 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  sincos ②  coscos ③  cossin ④  sinsin 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 < 0.5이면 R > 150 [Ω]이다. ④ l ＝ 0.25이면 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  ＝ 120cos(6 ×108t－4z) [V/m],  ＝cos(6 ×108t－4z) [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.