7급 국가직 전기자기학 2023년 기출문제

시행 2023-09-23 · 책형 가 · 25문항 · 출처: 인사혁신처 공개 기출(공공데이터포털, 이용허락 제한 없음)

전체 풀기 (시험 모드)원본 PDF 받기 2023 7급 국가직 전과목

정전계 경계조건에 대한 설명으로 옳은 것은?

전기자기학

①두 유전체 사이 경계면에서 전계의 법선 성분은 연속이다.
②두 유전체 사이 경계면에서 전속밀도의 접선 성분은 연속이다.
③완전 도체와 자유공간 사이 경계면에서 전계의 접선 성분은 영이다.
④완전 도체와 자유공간 사이 경계면에서 전계의 법선 성분은 도체상의 표면전하밀도와 같다.

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무한히 긴 직선 도선과 정사각형 루프 도선이 동일한 평면에 있고, 동일한 크기의 전류

I

[A]가 그림에 주어진 방향으로 각각 흐를 때, 정사각형 루프 도선이 받는 알짜 자기력의 방향은?

전기자기학

①A
②B
③C
④D

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TEM 모드로 동작하는 무손실 전송선로에 대한 설명으로 옳은 것은?

전기자기학

①특성 임피던스는 주파수에 따라 변한다.
②감쇄 상수와 특성 임피던스는 모두 영이다.
③위상 속도는 전송선로를 구성하는 절연체의 유전율 및 투자율과 관계없다.
④위상 상수는 전송선로를 구성하는 절연체의 유전율 및 투자율과 주파수에 따라 결정된다.

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정답 ④ · 해설 보기

자유공간에 무한히 긴 3개의 직선 도선 A, B, C가 동일한 평면 내에 서로 평행하게 배치되어 있고, 전류가 그림과 같이 각각 흐를 때, 가장 큰 알짜 자기력을 받는 도선은?

전기자기학

①A
②B
③C
④모두 동일하다.

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정답 ② · 해설 보기

그림과 같이 원형 루프 도선에 쇄교하는 자속

Φ

[Wb]가 시간에 따라 정현적으로 변할 때, 이 원형 루프 도선에 유도되는 전류

i

[A]가 양(＋)으로 흐르는 구간은? (단, 그림에 보인

i

의 방향을 양(＋)으로 정하며, 원형 루프의 전압과 전류는 동상이다)

전기자기학

①A와 B
②B와 C
③C와 D
④D와 A

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특성 임피던스가

Z_{0}

[Ω], 위상 상수가

β

[rad/m]인 무손실 전송선로가 부하 임피던스

Z_{L}

[Ω]로 종단되어 있다. 부하로부터

ℓ

[m]만큼 떨어진 지점에서 입력 임피던스

Z_{in}

[Ω]에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단,

λ

는 전송선로에서 전파하는 신호의 파장이다)

전기자기학

①부하로부터 $ℓ = \frac{λ}{4}$ 인 지점에서 $Z_{in} = \frac{Z _{L}^{2}}{Z _{0}}$ 이다.
②부하가 단락 회로이면, $Z_{in} = j Z_{0} tan (β ℓ)$ 이다.
③부하가 개방 회로이면, $Z_{in} = - j Z_{0} cot (β ℓ)$ 이다.
④부하가 전송선로의 특성 임피던스에 정합되어 있으면, $Z_{in} = Z_{0}$ 이다.

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비투자율이

μ_{r} = 5

인 자성체 내에 자속밀도가

B = a_{y} 10 x

[Wb/m²]일 때, 자화체적전류밀도

J_{b}

[A/m²]는? (단,

μ_{0}

는 자유공간의 투자율이다)

전기자기학

① $a_{x} \frac{8}{μ _{0}}$
② $- a_{x} \frac{8}{μ _{0}}$
③ $a_{z} \frac{8}{μ _{0}}$
④ $- a_{z} \frac{8}{μ _{0}}$

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비유전율

ε_{r} = 9

인 무손실 비자성 매질을 진행하는 균일 평면 전자기파의 전계가

E (y, z, t) = a_{x} 2 cos (5 \times 1 0^{8} t + 4y - k_{z} z)

[V/m]일 때,

z

축 방향의 위상 상수

k_{z}

[rad/m]는? (단, 자유공간에서 광속은

3 \times 1 0^{8}

[m/s]이다)

전기자기학

①3
②4
③5
④6

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정답 ① · 해설 보기

자유공간에서

x = 4

[m] 평면에 면전하밀도 3 [nC/m²]의 무한 면전하가 놓여 있고,

x = - 2

[m],

z = 0

에 선전하밀도 6 [nC/m]의 무한 선전하가 존재한다. 원점에서 전계

E

[V/m]는? (단,

ε_{0}

는 자유공간의 유전율이다)

전기자기학

① $a_{x} \frac{3 \times 1 0 ^{- 9}}{4 ε _{0}} (1 + \frac{2}{π})$
② $a_{x} \frac{3 \times 1 0 ^{- 9}}{2 ε _{0}} (1 + \frac{1}{π})$
③ $- a_{x} \frac{3 \times 1 0 ^{- 9}}{4 ε _{0}} (1 - \frac{2}{π})$
④ $- a_{x} \frac{3 \times 1 0 ^{- 9}}{2 ε _{0}} (1 - \frac{1}{π})$

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10.

그림과 같이 자유공간에서 균일한 자속밀도

B

[Wb/m²]가 존재하고, 자속밀도 방향과 30 °의 각도를 이루고 있는 반지름이

a

[m]인 원형 도선에 전류

I

[A]가 흐를 때, 이 도선이 받는 토크의 크기[Nㆍm]는?

전기자기학

① $\frac{π a ^{2} IB}{2}$
② $\frac{π a ^{2} IB}{2}$
③ $\frac{3 π a ^{2} IB}{2}$
④ $2 π a^{2} IB$

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11.

전속밀도

D = a_{x} 2 x z - a_{y} z^{2} - a_{z} x y

[C/m²]일 때, 점 (1, 1, 1) [m]에서 체적전하밀도

ρ_{v}

[C/m³]는?

전기자기학

①2
②4
③6
④8

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12.

고유 임피던스가

(1 + j)

[Ω]인 액체 안에서 주파수 1 [MHz]의 균일 평면 전자기파가 전파되고 있을 때, 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

전기자기학

①전계와 자계의 위상차는 45 °이다.
②액체의 전기 전도도는 0보다 크다.
③전계와 자계는 수직을 이루지 않는다.
④전파 거리에 따라서 전계의 크기는 지수함수적으로 감소한다.

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13.

자유공간에 놓인 반지름이 1 [m]이고

z

축으로 무한히 길고 속이 빈 도체 원통의 표면에

K = a_{z} 5

[A/m]의 균일한 면전류가 흐른다.

z

축으로부터 5 [m] 떨어진 지점

P

에서 자속밀도

B

[Wb/m²]는? (단,

μ_{0}

는 자유공간의 투자율이다)

전기자기학

① $a_{ϕ} \frac{5 μ _{0}}{2 π}$
② $a_{ϕ} μ_{0}$
③ $a_{z} \frac{5 μ _{0}}{2 π}$
④ $a_{z} μ_{0}$

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14.

그림은 자유공간에서 진행하는 균일 평면 전자기파의 전계(

E

)와 자계(

H

)의 편파 방향을 나타내고 있다. 이 전자기파의 진행 방향은?

전기자기학

① $+ x$ 축
② $- x$ 축
③ $+ y$ 축
④ $- y$ 축

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15.

그림과 같이 무한히 긴 두 평행도선과 점

P

가

x y

평면 내에 있고, 왼쪽 도선에

+ y

축 방향으로 2 [A]의 전류가 흐르고 있다. 왼쪽 도선과 오른쪽 도선에서 각각 1 [m], 4 [m] 떨어진 점

P

에서 측정한 자계가 0일 때, 오른쪽 도선에 흐르는 전류

I

[A]의 크기와 방향은?

크기 방향

전기자기학

①4 $+ y$ 축
②8 $+ y$ 축
③4 $- y$ 축
④8 $- y$ 축

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16.

인덕턴스가 4 [

μ

H]이고 커패시턴스는 100 [pF]이며 길이가 2 [m]인 무손실 동축케이블이 있다. 동작 주파수가 10 [MHz]일 때, 특성 임피던스

Z_{0}

[Ω]와 위상 상수

β

[rad/m]는?

Z_{0}

β

전기자기학

①100 0.2 $π$
②100 0.4 $π$
③200 0.2 $π$
④200 0.4 $π$

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17.

무손실 비자성의 유전체 매질에서 진행하는 균일 평면 전자기파의 전계가

E (z, t) = a_{x} 4 cos (1 0^{8} t - \frac{z}{2})

[V/m]일 때, 이 전자기파가 전달하는 시간평균 전력밀도의 크기[W/m²]는? (단, 자유공간에서 광속은

3 \times 1 0^{8}

[m/s]이고, 고유 임피던스는 120

π

[Ω]이다)

전기자기학

① $\frac{1}{5 π}$
② $\frac{1}{10 π}$
③ $\frac{1}{15 π}$
④ $\frac{1}{20 π}$

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18.

E = a_{x} y + a_{y} x

[V/m]인 전계 내에서 －3 [C]의 전하를 점 A(－1, 2, 1) [m]에서 점 B(2, 8, 1) [m]로

y = 2 x^{2}

의 경로를 따라 이동시키는 데 필요한 일[J]은?

전기자기학

①9
②18
③42
④54

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19.

그림과 같이

z = - d

[m]와

z = d

[m] 평면에 동일한 면적

S

[m²]를 갖는 두 도체판이 평행평판을 형성하고 있다. 두 도체 평판 사이를 비유전율이

ε_{r} = 2 + \frac{z}{d}

인 비균질 유전체로 채웠을 때, 이 평행평판의 정전용량[F]은? (단,

ε_{0}

는 자유공간의 유전율이고, 가장자리 효과는 무시한다)

전기자기학

① $\frac{ε _{0} S}{2 d l n 3}$
② $\frac{ε _{0} S}{2 d l n 2}$
③ $\frac{ε _{0} S}{d l n 3}$
④ $\frac{ε _{0} S}{d l n 2}$

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20.

그림과 같이 자유공간에 무한히 긴 도선과 100회 감긴 직사각형 코일이 동일 평면에 놓여 있고, 각각 전류

I_{1}

[A]과

I_{2}

[A]가 흐를 때, 이 도선과 코일 사이의 상호 인덕턴스[H]는? (단,

μ_{0}

는 자유공간의 투자율이다)

전기자기학

① $\frac{50 μ _{0}}{π} ln 2$
② $\frac{100 μ _{0}}{π} ln 2$
③ $\frac{50 μ _{0}}{π} ln 3$
④ $\frac{100 μ _{0}}{π} ln 3$

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21.

액체 유전체를 넣은 커패시터의 정전용량이 20 [

μ

F]이다. 여기에 500 [kV]의 전압을 가했을 때 누설 전류[A]는? (단, 액체의 유전율은

20 \times 1 0^{- 12}

[F/m], 비저항은

1 0^{11}

[Ωㆍm]이다)

전기자기학

①0.2
②0.5
③2
④5

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22.

그림과 같이 자유공간에 있는 정사각형 루프에 시변 자계

H = a_{y} 10 cos (10 t)

[A/m]가 가해질 때, 이 루프에 유도되는 유도 기전력[V]은? (단, 자유공간의 투자율은

μ_{0} = 4 π \times 1 0^{- 7}

[H/m]이다)

전기자기학

① $100 π \times 1 0^{- 7} sin (10 t)$
② $200 π \times 1 0^{- 7} sin (10 t)$
③ $300 π \times 1 0^{- 7} sin (10 t)$
④ $400 π \times 1 0^{- 7} sin (10 t)$

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23.

벡터자기포텐셜

A = a_{x} y z + a_{y} x y - a_{z} x z

[Wb/m]가 존재할 때,

y = 0

0 \leq x \leq 2

[m],

0 \leq z \leq 2

[m] 영역을

+ y

축 방향으로 통과하는 자속[Wb]은?

전기자기학

①0
②2
③4
④6

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24.

그림과 같이 매질 1은 비투자율

μ_{r} = 1

, 매질 2는 비투자율

μ_{r} = 2

인 자성체 매질이고, 경계는

x - 2 y + 2 z = 5

로 주어진다. 경계면에 전류밀도는 없고, 매질 1에 자계가

H_{1} = a_{x}

[A/m]로 주어진 경우, 매질 2에서의 자계

H_{2}

[A/m]는?

전기자기학

① $\frac{1}{9} (a_{x} - a_{y} 2 + a_{z} 2)$
② $\frac{1}{9} (a_{x} + a_{y} 2 - a_{z} 2)$
③ $\frac{1}{18} (a_{x} 17 - a_{y} 2 + a_{z} 2)$
④ $\frac{1}{18} (a_{x} 17 + a_{y} 2 - a_{z} 2)$

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25.

비유전율

ε_{r} = 4

인 무손실 비자성 매질에서 진행하는 균일 평면 전자기파의 전계가

E (z, t) = a_{x} cos (ω t - 10 π z)

[V/m]일 때, 이 전자기파의 자계

H

[A/m]는? (단, 자유공간에서 광속은 3 × 10⁸ [m/s]이고, 고유 임피던스는

120 π

[Ω]이다)

전기자기학

① $a_{y} \frac{1}{60 π} cos (15 π \times 1 0^{8} t - 10 π z)$
② $a_{y} \frac{1}{60 π} cos (30 π \times 1 0^{8} t - 10 π z)$
③ $a_{z} \frac{1}{30 π} cos (15 π \times 1 0^{8} t - 10 π z)$
④ $a_{z} \frac{1}{30 π} cos (30 π \times 1 0^{8} t - 10 π z)$

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