[발송배전기술사 제140회 1교시 2번]

1교시 2번 · 10점 · 13문제 중 10문제 선택 · 100분

변위전류 개념과 변위전류가 포함된 맥스웰 방정식을 설명하시오.

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답안 구조

  1. 개요
  2. 변위전류의 개념
  3. 변위전류의 물리적 의미
  4. 변위전류가 포함된 맥스웰 방정식
  5. 변위전류의 중요성
  6. 결론

용어 정의

변위전류
시간에 따라 변하는 전기장에 의해 유전체나 진공을 통해 흐르는 가상의 전류로, 앙페르 법칙의 불완전성을 해소하고 전자기파 전파를 가능하게 함.
맥스웰 방정식
전기장과 자기장의 상호작용 및 전자기파의 전파를 설명하는 4가지 기본 방정식으로, 전자기학의 핵심 이론을 이룸.
앙페르-맥스웰 법칙
앙페르 법칙에 맥스웰이 변위전류 항을 추가하여 수정한 형태로, 시간에 따라 변하는 전기장도 자기장을 생성할 수 있음을 나타내는 전자기학의 근본 법칙.

핵심 내용

  • 전도 전류와 변위전류의 구분 및 개념
  • 콘덴서 충방전 시 앙페르 법칙의 불완전성
  • 맥스웰의 변위전류 항 도입 배경 및 필요성
  • 변위전류 밀도와 전기장 시간 변화율의 관계
  • 4가지 맥스웰 방정식의 기본 구성
  • 변위전류를 포함한 앙페르-맥스웰 법칙의 표현

공식: JD⃗=∂D⃗∂t\vec{J_D} = {\partial \vec{D} \over \partial t}, ∇×H⃗=J⃗+∂D⃗∂t\nabla \times \vec{H} = \vec{J} + {\partial \vec{D} \over \partial t}, ∇⋅D⃗=ρ\nabla \cdot \vec{D} = \rho, ∇⋅B⃗=0\nabla \cdot \vec{B} = 0, ∇×E⃗=−∂B⃗∂t\nabla \times \vec{E} = -{\partial \vec{B} \over \partial t}

풀이 순서: 정상 상태 전류에 대한 앙페르 법칙 설명 → 비정상 상태 전류 (예: 콘덴서)에서의 앙페르 법칙 한계점 분석 → 전하 보존 법칙과 앙페르 법칙의 불일치성 제시 → 맥스웰의 변위전류 항 {\partial \vec{D} \over \partial t} 도입 논리 → 수정된 앙페르-맥스웰 법칙의 물리적 의미 해석 → 변위전류를 통한 전자기파의 존재 예측 설명 → 4가지 맥스웰 방정식의 종합적 의미 강조

AI 작성 답안 개요 · 검수 전 · 채점기준과 기준답안은 공개되지 않습니다. 참고용 개요입니다.

출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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