7급 국가직 전기자기학 2021년 기출문제

시행 2021-09-11 · 책형 가 · 25문항 · 출처: 인사혁신처 공개 기출(공공데이터포털, 이용허락 제한 없음)

전체 풀기 (시험 모드)원본 PDF 받기 2021 7급 국가직 전과목

그림과 같이 네 개의 점전하가 변의 길이가

a

인 정사각형의 꼭짓점에 위치할 때, 점

P

에 위치한 전하에 작용하는 전기력

F_{e}

의 크기와 방향으로 적절한 것은?

전기자기학

정답 보기

정답 ① · 해설 보기

z = 0

[cm]와

z = 4

[cm]에 놓인 완전도체 무한평판 사이에 비유전율이 2인 유전체가 채워져 있다. 아래에 놓인 평판의 전위가 5 [V]이고, 위에 놓인 평판의 전위가 －5 [V]일 경우, 두 평판 사이의 전계분포[V/m]는?

전기자기학

①125 $a_{z}$
②－125 $a_{z}$
③250 $a_{z}$
④－250 $a_{z}$

정답 보기

정답 ③ · 해설 보기

정전계에서 도체의 성질에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

전기자기학

①도체 내부의 전계세기는 0이다.
②도체 표면의 접선방향에서 전계 $E$ 의 선적분 $\oint E$ · $d l$ 의 값은 0이 아니다.
③도체 표면에서 전계의 법선성분 크기는 표면전하밀도에 비례한다.
④도체 표면은 등전위면이다.

정답 보기

정답 ② · 해설 보기

등방이고 선형인 자성체의 자기에너지밀도[J/m³]에 대한 옳은 표현식은? (단,

B

는 자속밀도[Wb/m²],

H

는 자계[A/m]의 크기이다)

전기자기학

① $\frac{BH}{2}$
② $BH$
③ $\frac{H ^{2}}{2}$
④ $\frac{B ^{2}}{2}$

정답 보기

정답 ① · 해설 보기

외부 자계가 인가되면 내부 자기모멘트의 영향으로 내부 자속밀도가 외부 자속밀도보다 커지고, 외부 자계가 제거되더라도 물질의 자계 상태가 잔류되는 자성체는?

전기자기학

①반자성체
②상자성체
③강자성체
④반강자성체

정답 보기

정답 ③ · 해설 보기

구좌표계의 원점에 전하량이 2 [C]인 점전하가 놓여 있는 자유공간에서

r = 2

[m],

\frac{π}{3} \leq θ \leq \frac{π}{2}, 0 \leq ϕ \leq 2 π

인 영역의 구표면을 통과하는 전속[C]은?

전기자기학

① $1$
② $\frac{1}{2}$
③ $\frac{1}{2 2}$
④ $\frac{1}{4}$

정답 보기

정답 ② · 해설 보기

그림과 같이 자유공간에 놓인 각각 반지름이

a

[m]와

b

[m]인 두 동심 원통 도체 사이에 유전율

ε

[F/m]인 유전체가 채워져 있다. 내부 도체에 선전하

ρ_{l}

[C/m]이 균일하게 분포되어 있다고 할 때,

a \leq ρ \leq b

에서 분극벡터의 크기[C/m²]는? (단, 자유공간의 유전율은

ε_{0}

이다)

전기자기학

① $\frac{ρ _{l}}{2 π ρ}$
② $\frac{ρ _{l}}{2 π ερ}$
③ $\frac{ρ _{l}}{2 π ε _{0} ρ}$
④ $\frac{ρ _{l}}{2 π ρ} (1 - \frac{ε _{0}}{ε})$

정답 보기

정답 ④ · 해설 보기

그림과 같이 각각 반지름이

a

와

b

인 두 동심 도체 원통 사이에 비유전율이 서로 다른 유전체가 균등하게 4등분으로 채워져 있을 때 정전용량[F]은? (단,

ε_{0}

는 자유공간의 유전율이고,

ε_{r 1} = 2

ε_{r 2} = 4

ε_{r 3} = 8

ε_{r 4} = 16

a = 1

[cm],

b = 2

[cm],

L = 6

[m]이다)

전기자기학

① $90 π ε_{0}$
② $\frac{16 π ε _{0}}{5}$
③ $\frac{90 π ε _{0}}{l n ( 2 )}$
④ $\frac{16 π ε _{0}}{5 l n ( 2 )}$

정답 보기

정답 ③ · 해설 보기

전극판의 면적이

S

[m²]이고 간격이

d

[m]인 평행판 커패시터에 유전율이

ε

[F/m]인 수지를 가득 채우고 두 전극판 사이에

V

[V]의 전압을 인가한다면 전극판에 작용하는 힘[N]은?

전기자기학

① $\frac{1}{4} εS (\frac{V}{d})^{2}$
② $\frac{1}{2} εS (\frac{V}{d})^{2}$
③ $εS (\frac{V}{d})^{2}$
④ $2 εS (\frac{V}{d})^{2}$

정답 보기

정답 ② · 해설 보기

10.

변의 길이가 각각

a

[m],

3 a

[m]인 직사각형 회로에 전류

I

[A]가 흐를 때, 회로의 중심에서 자계

H

의 크기[A/m]는?

전기자기학

① $\frac{2 I}{π a}$
② $\frac{I}{π a}$
③ $\frac{2 I}{π a} (\frac{1}{3} + 3)$
④ $\frac{I}{π a} (\frac{1}{3} + 3)$

정답 보기

정답 ④ · 해설 보기

11.

그림과 같이 원통형 자성체에 코일을 감은 형태인 솔레노이드의 인덕턴스를 증가시키는 방법으로 옳지 않은 것은?

전기자기학

①코일 감은 수 $N$ 을 증가시킨다.
②자성체의 반지름 $R$ 을 증가시킨다.
③자성체의 비투자율 $μ_{r}$ 을 증가시킨다.
④솔레노이드에 인가하는 전류 $I$ 를 증가시킨다.

정답 보기

정답 ④ · 해설 보기

12.

특성 임피던스가

Z_{0}

[Ω]인 무손실 전송 선로의 길이가

ℓ

[m]이고 위상 상수가

k

[rad/m]이며 부하 임피던스

Z_{L}

[Ω]로 종단되어 있는데,

Z_{L}

이 단락 회로(short circuit)일 경우 이 전송 선로 입력단에서 바라본 입력 임피던스[Ω]는?

전기자기학

① $- j Z_{0} cot (k ℓ)$
② $- j Z_{0} tan (k ℓ)$
③ $j Z_{0} tan (k ℓ)$
④ $j Z_{0} cot (k ℓ)$

정답 보기

정답 ③ · 해설 보기

13.

그림과 같이, 균일 자속밀도

B

가 있는 공간에 반지름이

a

인 원형 도체에 반시계 방향으로 전류

I

가 흐를 때, 점

P

에서 미소 길이

d l

이 받는 미소 자기력의 방향은? (단,

O

는 원형 도체의 중심,

P

는 원형 도체상의 임의의 점,

는 지면을 뚫고 나오는 방향이다)

전기자기학

①벡터 $OP$ 방향
②벡터 $PO$ 방향
③자속밀도 $B$ 의 방향
④원형 도체의 접선방향

정답 보기

정답 ① · 해설 보기

14.

동축 케이블의 내부 도체의 반지름이

a

[m]이고, 외부 도체의 반지름이

b

[m]일 때, 동축 케이블의 내부(

a \leq ρ \leq b

ρ

는 동축 케이블 중심으로부터의 반지름)에서의 단위 길이당 자기 인덕턴스[H/m]는? (단, 동축 케이블 내부의 절연체는 비자성 물질이며, 도체는 매우 얇고,

μ_{0}

는 자유공간의 투자율이다)

전기자기학

① $\frac{2 μ _{0}}{π} ln (\frac{b}{a})$
② $\frac{2 μ _{0}}{π} ln (\frac{a}{b})$
③ $\frac{μ _{0}}{2 π} ln (\frac{b}{a})$
④ $\frac{μ _{0}}{2 π} ln (\frac{a}{b})$

정답 보기

정답 ③ · 해설 보기

15.

전자기파에 대한 설명으로 옳은 것은?

전기자기학

①초음파는 가청음파보다 주파수가 높은 전자기파이다.
②와이파이(Wi-Fi) 공유기가 공기 중으로 방사한 전자기파는 공기 중의 가시광선보다 파장이 길다.
③동일한 핸드폰이 방사한 전자기파의 전파 속도는 공기 중에서와 물속에서 같다.
④손실 매질에서 전파하는 균일 평면 전자기파의 전계와 자계는 서로 수직이 아니다.

정답 보기

정답 ② · 해설 보기

16.

자유공간에서 평면

z = 0

에 면전류

J_{s} = 8 a_{x}

[A/m]가 흐르고, 직선

y = 0, z = 4

[m]에 선전류

I

[A]가 흐르고 있다. 위치 (0, 0, 2) [m]에서 측정한 자계가

H = 0

이라면, 직선에 흐르는 선전류

I

[A]의 크기와 방향은?

크기 방향

전기자기학

① $8 π$ $- a_{x}$
② $8 π$ $a_{x}$
③ $16 π$ $- a_{x}$
④ $16 π$ $a_{x}$

정답 보기

정답 ④ · 해설 보기

17.

속도

v = (5 a_{x} - 6 a_{y}) \times 1 0^{5}

[m/s]로 움직이는 전자가 자속밀도

B = 10 a_{x} + 20 a_{z}

[mWb/m²] 내의 한 점에서 힘을 받지 않을 경우, 이때 전자에 가해진 전계

E

[kV/m]는?

전기자기학

① $- 12 a_{x} - 10 a_{y} + 6 a_{z}$
② $12 a_{x} + 10 a_{y} - 6 a_{z}$
③ $12 a_{x} - 10 a_{y} - 6 a_{z}$
④ $- 12 a_{x} + 10 a_{y} + 6 a_{z}$

정답 보기

정답 ② · 해설 보기

18.

그림과 같이 무한히 긴 가는 도선에 전류

I_{1}

이 흐르고 있고, 도선과 나란하게 놓인 직사각형 루프에 전류

I_{2}

가 흐르고 있다. 도선과 직사각형 루프의 상호 인덕턴스에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

전기자기학

① $a$ 와 $b$ 를 고정하고, $d$ 만 줄이면 상호 인덕턴스가 증가한다.
② $b$ 와 $d$ 를 고정하고, $a$ 만 줄이면 상호 인덕턴스가 감소한다.
③ $a$ 와 $d$ 를 고정하고, $b$ 만 줄이면 상호 인덕턴스가 감소한다.
④전류 $I_{1}$ 과 $I_{2}$ 를 크게 하면 상호 인덕턴스가 증가한다.

정답 보기

정답 ④ · 해설 보기

19.

z > 0

인 영역에 투자율이 4 [μH/m]인 매질 I이 있고,

z < 0

인 영역에 투자율이 7 [μH/m]인 매질 II가 있다. 평면

z = 0

에 면전류

J_{s} = 2 a_{x}

[kA/m]가 흐른다. 매질 I에서

B_{1} = 2 a_{x} - 4 a_{y} + 4 a_{z}

[mWb/m²]의 자속밀도가 주어질 때, 매질 II에서의 자속밀도

B_{2}

[mWb/m²]는?

전기자기학

① $2 a_{x} - 4 a_{y} + 7 a_{z}$
② $0.5 a_{x} + 2 a_{y} + 7 a_{z}$
③ $2 a_{x} - 5 a_{y} + 4 a_{z}$
④ $3.5 a_{x} + 7 a_{y} + 4 a_{z}$

정답 보기

정답 ④ · 해설 보기

20.

100 [Ω] 특성 임피던스를 갖는 무손실 전송선로 종단에 50 [Ω] 저항성 부하가 연결되어 있다. 전송 선로의 길이는 인가된 전압의 파장에 비해 충분히 길며, 부하에서 측정된 전압이 50 [V]일 때 부하로 전달되는 시간 평균 전력의 크기[W]는?

전기자기학

①12.5
②25
③50
④1250

정답 보기

정답 ② · 해설 보기

21.

전계

E (z, t) = 40 π cos (2 \times 1 0^{7} t - k z) a_{x}

[V/m]인 전자기파가 비유전율이 18, 비투자율이 2인 무손실 유전체 내에서 진행하고 있다. 이 전자기파의 위상 상수

k

[rad/m]를 포함한 자계

H (z, t)

[A/m]는? (단, 자유공간의 고유 임피던스는

120 π

[Ω]이고, 자유공간의 광속은

3 \times 1 0^{8}

[m/s]이다)

전기자기학

① $cos (2 \times 1 0^{7} t - 0.4 z) a_{y}$
② $- cos (2 \times 1 0^{7} t - 4 z) a_{y}$
③ $2 cos (2 \times 1 0^{7} t - 0.4 z) a_{y}$
④ $- 2 cos (2 \times 1 0^{7} t - 4 z) a_{y}$

정답 보기

정답 ① · 해설 보기

22.

균일 평면파가 공기 중에서 바닷물로 수직 입사하여 진행한다. 이 균일 평면파의 주파수는 10 [MHz]이고, 바닷물의 비유전율이 100일 때, 바닷물에서의 이 균일 평면파의 위상 속도

v_{p}

[m/s], 파장

λ

[m] 및 위상 상수

k

[rad/m]는? (단, 자유공간의 광속은

3 \times 1 0^{8}

[m/s]이고, 바닷물은 무손실 매질로 가정한다)

v_{p}

λ

k

전기자기학

① $3 \times 1 0^{8}$ $30$ $\frac{2 π}{30}$
② $3 \times 1 0^{7}$ $0.3$ $\frac{2 π}{3}$
③ $3 \times 1 0^{7}$ $3$ $\frac{2 π}{3}$
④ $3 \times 1 0^{6}$ $0.3$ $\frac{20 π}{3}$

정답 보기

정답 ③ · 해설 보기

23.

공기 선로(air line)는 두 도체 사이의 유전체가 공기인 전송 선로이다. 주파수가 1 [GHz]에서 특성 임피던스가 50 [Ω]이고 위상 상수가 10 [rad/m]인 공기 선로의 단위 길이당 커패시턴스[nF/m]는? (단, 공기 선로의 두 도체는 완전 도체로 가정한다)

전기자기학

① $\frac{1}{10 π}$
② $\frac{1}{5 π}$
③ $\frac{1}{2 π}$
④ $\frac{1}{π}$

정답 보기

정답 ① · 해설 보기

24.

비자성 매질에서 평면파

E (x, t) = 20 sin (2 π \times 1 0^{8} t - 4 x) a_{z}

[V/m]가 진행하고 있다. 이 평면파가

x + y = 1

평면을 통과하며 전달하는 시간 평균 전력 밀도[W/m²]는? (단, 자유공간의 유전율과 투자율은 각각

ε_{0} = \frac{1}{36 π} \times 1 0^{- 9}

[F/m],

μ_{0} = 4 π \times 1 0^{- 7}

[H/m]이다)

전기자기학

① $\frac{10}{π ^{2}}$
② $\frac{5}{π ^{2}}$
③ $\frac{5 2}{π ^{2}}$
④0

정답 보기

정답 ③ · 해설 보기

25.

스미스 차트(Smith chart)는 정규화된 복소 부하 임피던스 (

z_{L} = r + j x

0 \leq r \leq \infty

이고

- \infty \leq x \leq \infty

)와 복소 반사 계수(

Γ = Γ_{r} + j Γ_{i}

)의 관계로부터 유도된 아래의 스미스 차트 방정식을 이용하여 그려진 그래프이다. 이 방정식으로부터 알려진 스미스 차트의 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

	<스미스 차트 방정식>

$(Γ_{r} - \frac{r}{1 + r})^{2} + Γ_{i}^{2} = (\frac{1}{1 + r})^{2}$ $(Γ_{r} - 1)^{2} + (Γ_{i} - \frac{1}{x})^{2} = (\frac{1}{x})^{2}$

전기자기학

① $z_{L}$ 의 조건하에서 스미스 차트의 가장 큰 원은 $x = 0$ 일 때 얻을 수 있다.
② $r = \infty$ 이면 복소 $Γ$ 평면의 특정 좌표로 수렴된다.
③스미스 차트 방정식은 각각 $r$ 과 $x$ 값에 따라 그려지는 원의 방정식이다.
④모든 $r$ 과 $x$ 값에 대하여 그려진 원들은 복소 $Γ$ 평면의 특정한 점을 지난다.

정답 보기

정답 ① · 해설 보기