1. 전자기파와 음파의 유사성과 차이점은?

  유사성은 전자기파와 음파는 위치와 시간의 함수인 파동이라는 점이다. 차이점은 음파는 공기의 진동으로써 전파하는 파인데 매질이 있을때만 파가 진행한다. 즉, mechanical wave라 한다. 그러나 전자기파는  매질이 있어도 없어도 진행한다. 그 이유는 변하는 전기장이
자기장을 만들고 변하는 자기장이 전기장을 만들면서 공기중의 빛의 속도로 진행하기 때문이다. 또 음파는 파동이 진행하는 방향으로 진동하는 종파(longitudinal wave)이지만 전자기파는 파동이 진행하는 방향과 직각으로 진동하는 횡파(transverse wave)이다. 그리고 속도
의 차이가 있는데 음파는 공기속의 속도 약340m/s이고 전자기파는 3*108m/s이다.

2. 직류와 교류의 차이점은?
 일정하다는 말은 시간에 대해 변화하지 않는 전류일 뿐만 아니라 동선의 어느 위치에서도 변화하지 않는 전류라는 것이다. 이와 같은 전류를 직류 전류라고 하며 직류 전류를 발생하는 대표적인 것이 전지이다. 전지와 같이 전류나 전압을 발생하는 것이 전원이다.각 가정으로 들어오는 전압이 100V인 전원은 교류이다. 교류의 전압은 시간적으로 진동한다. 진동의 주기T 는 약 0.016초이므로 주파수는 그것의 역수로서 60Hz이다.

 

3. 60Hz 교류와 900MHz인 전파의 파장은?
 I) 60Hz 일 때

∴ 60Hz 교류의 파장은 5000 km이다.


II)900MHz 일 때
 
∴ 900MHz 전파의 파장은 30cm 이다.

4. 전류의 종류에는?

(1) 전도전류
 도체에 전지를 접속하면 도체에는 전압이 가해지기 때문에 도체 내부에는 전압의 기울기인 전계E가 생기고, 전계는 eE의 힘을 받아 각각의 전자는 오른쪽 방향으로 조금씩 이동한다.

 그 결과 왼쪽끝에서 오른쪽 끝까지 전자가 이동해서 전류가 흐르는 것이 된다. 전자는 실제로는 이동하지 않지만 결과적으로는 밀려난 형태로 흐르는 전류가 전도전류이다. 이 전도전류는 가장 일반적인 전류이다.

(2) 대류전류
 텔레비젼의 브라운관 속에는 전자를 방출하는 전자총과 그 전자가 충돌해서 번쩍이는 형광면이 있다. 전자총과 형광면 사이에 전압이 가해지면 전자의 흐름이 발생하고 그 결과로 전류가 흐른다. 이와 같은 전류는 전자가 공간을 실제로 흘러가서 생기기 때문에 대류전류라 한다. 브라운관 속에서는 전하를 나르는 전자가 실제로 이동해서 전류를 흘려보내기 때문에 대류전류라고 불린다.

 

 

 

(3) 변위전류
 1초 동안에 도선을 이동하는 전하량은 I=Q/t 이다. 이것이 전류의 정의이다. 전하가 도체판에 흘러들면 도체판 사이의 전기력선이 증가하고 전하의 흐름이 멎으면 전기력선의 수가 변화하지 않는다는 것이다. 도체판으로 흘러든 전하가 증가한 몫만큼 도체판 사이의 전기력선
이 증가하고 있다고 말할 수 있다. 도체판 위의 단위면적당  전하량을 라 하면 의 시간에 대한 기울기가 그 면으로부터 흘러나가는 전류밀도가 된다. 그 면으로부터는 /개의 전기력선이 발생하고 이것은 단위면적의 개수이므로 전계E와 같다. 는 E와 같으므로 콘덴서 사이는 진공인데도 불구하고 다음의 전류가 흐른다. '(유전율)*(전계)의 증가한 몫' 이 전류를 변위전류라고 한다. 도체판에 전압을 걸어주면 전원을 포함해서 전체로서는 전하를 갖고 있지 않으나 위 도체판에는 양전하가, 아래도체판에는 음전하가 변위해서 나타난다. 이 변위한 전하가 전류의 원인이 되기 때문에 변위전류라고 한다. 변위전류가 흐르고 있는 구체적인 예가 흔히 볼 수 있는 송전선이 있다.

5. 두 송전선의 단면의 전자기력선을 그리면?

 

6. 한전은 무엇을 팔고 돈을 챙기나?
 

 한전은 전자의 진동에 의해서 운반되는 에저지를 팔고 우리는 사용한 만큼 전기료를 납부한다.

7. 송전선을 통해서 한전은 무엇을 보내나?
 

 송전선의 두가닥 사이로 전류파동과 전하파동을 보낸다.

8. 페레데이 법칙은 무엇인가?
 

 페레데이 법칙은 전자기유도에 관한 법칙이다. 자기장의 변화가 유도전류의 원인이다. 그래서 자기장의 변화와 유도전류의 관계를 조사해보면 자석과 코일의 경우, 자석을 빠르게 움직일수록 유도전류가 크다. 2개의 코일인 경우는 코일에 강한 전지를 접속하여 스위치를 넣
었다, 끊었다 하는 편이 유도전류가 크다. 전자기유도의 효과는, 코일을 관통하는 자기장의 변화의 속도에 비례한다는 것이다. 다음에는 유도전류가 생기는 쪽의 코일에 감아주는 수를 증가시켜 본다. 코일에 감아주는 수가 많을수록 유도전류가 크다. 감는 수를 많게 한다는 것은 코일이 애워싸는 면적을 늘려주는 것과 같다. 즉, 전자기유도의 효과는 유도를 받는 코일의 면적에 비례한다. 전자기유도의 효과는 자기력선속의 변화의 속도에 비례한다. 전자기 유도의 효과란 전지와 마찬가지로, 회로에 전류를 흘려 보내려는 작용을 말하는 것으로서, 이것은 기전력이라고 한다. 이리하여 유명한 패러데이의 전자기유도 법칙이 얻어졌는데 전자기유도에 의한 기전력은 코일을 관통하는 자기력선속의 변화의 속도에 비례한다. 이것을 수식으로 나타내면

                                                    
                                

 

 

9. 맥스웰이 한 일은 무엇인가?
 

 맥스웰은 전자기장에 분포해 있는 에너지를 통일적으로 통합하고, 정전기에너지와 마찬가지로 자기에너지가 존재한다는 것을 증명했다. 그는 또 전자기파의 존재를 이론적으로 예언했다. 맥스웰의 전자기파의 전파방정식을 조사해보면, 전자기파는 정전에너지와 자기에너지와 열에너지의 합으로써 이루어져 있다. 그리고 이 에너지는 전극 근처뿐만 아니라 모든 공간에 분포해 있다는 것도 밣혀졌다. 맥스웰의 이론에 따르면, 전자가 도선속을 이동하는 현상은, 전자가 전자기파의 에너지를 한 가닥의 도선속에서 운반하고 있는 것이라고 말할 수 있다. 여기서 Maxwell's equation을 나타내보면 아래와 같다.
                  

 

 

 

 

 

 

 

10. 전송 선로에 직류전압을 순간적으로 가하면 이 때 만들어진 전계와 자계는?

 전송선로에 가하는 전압이 V이고 상하 도체판(전송선로)에 서로 반대방향으로 흐르는 전류가 I인 경우를 생각하면 송전선의 간격은 d 이고 전계는 전압의 기울기이므로
                       ( 전계 ) * ( 거리 ) = ( 전압 )
의 공식으로부터 전계E는

                                                   
한편, 자계에 대해서는 앙페르의 공식을 이용하면
             ( 자계 ) * ( 1주의 길이 ) = ( 그 면을 통과하는 전류 )
1주의 길이로서 아래의 그림은 자기력선을 따라가는 길이를 취하는데 (점선)선로 사이의 바깥쪽에서는 자계가 아주 약해지기 때문에 무시할 수 있다. 따라서, 자계와 둘레의 길이의 곱은 자계 H와 도체판의 너비 w 의 곱인 wH가 된다. 이것은 전류I와 같으므로 다음 식이
성립한다.
                                
송전선이 운반하는 전력은 VI이고, 단위는 와트이므로

                           
                                
wd는 도체판 (송전선)사이의 면적이기에 EH는 단위면적당 전송전력이라 생각할 수 있다.

 

 

11. 도선을 통해 콘덴서에 축적된 전하를 방전시켜 전자기파를 발생시키고 이것을 검출하는 장치는?

 헤르츠의 실험에서 쓰인 헤르츠 장치가 그것이다. 전압이나 전류의 주파수가 높을수록 전자기파가 발생하기 쉽다. 높은 주파수에서 전기적으로 진동하는 것으로는 라이덴 병에 저장된 병에 전하의 방전이 있다.라이덴병의 안쪽에 바른 은박에 접속한 단자A 와 바깥쪽 은박으
로부터의 단자B를 접근시키면 방전이 일어나고 이 방전의 밝기로 진동한다는 것이 알려져 있다.헤르쯔는 이 방전을 교류전원으로 이용했던 것이다.

 

 원리적으로는 직선모양으로 배열한 두 줄의 도선 한쪽을 라이덴병의 안쪽에다 접속하고 다른 하나를 바깥쪽에 접속해서 끝부분 AB사이를 접근시켜 방전하게 하는 것이 전자기파의 발생장치다. 발생한 전자기파는 발생장치로부터 10미터 이상 떨어져 있는 위치에 둔 직사각형 도선 루프로써 검출했다. 발생장치의 AB사이에서 방전이 일어나면 검출장치의 CD사이에서도 방전이 일어나는데 헤르츠는 방전이 일어나는 CD간의 거리에서 검출된 전자기파의 세기를 측정한 것이다.

 

12. 왜 송전선은 전자기파를 복사하기 어려운가?

 전송선로는 선로를 따라 전력을 보내주기 위한 것이므로 전기력선과 자기력선이 진동하더라도 전송선 밖으로는 확산하기 어려울 것이다. 즉, 전자기력선이 갇혀 있기에 에너지를 방출하기 힘들다.

13. 반파장 안테나로부터 전자기파의 복사과정은?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14. 기타의 5번째줄의 진동수는?

 줄을 전파하는 파동의 속도 c는


                       
이다. 기타의 제5번째 줄을 생각하면 파장λ는 1.3m이고 무게는 1m당 약2.5g이고, 줄은 약 20kg의 무게로써 끌어당겨진다. 주파수 f는

c/λ이기에   

 
                      
기타의 제5번째 줄의 음인 A는 220Hz 이므로 현을 끌어 당기는 힘F를 조정해서 A의 음으로 하는 셈이다.

15. 라이덴병과 콘덴서를 비교 설명하여라.

 전하를 저장한다는 것에 대해 라이덴병과 콘덴서는 같다. 라이덴병은 병의 안팎에다 은박을 바른 구조로 되어있다. 전하는 병뚜껑에 삽입된 도체막대로부터 끌어낸다. 그런데 콘덴서는 기름종이 양쪽에다 알루미늄 박을 바른다. 콘덴서는 전하는 전계 및 전압의 관계를 조사하기 위해 극히 중요하며 맥스웰은 이 콘덴서를 연구한 것이 실마리가 되어 빛이 전자기파라는 것을 발견하게 되었다. 회로로 라이덴병과 콘덴서 비교로 나타내면 아래와 같다.

16. 직류송전의 원리는 무엇인가?
 

 그것은 모스부호에 의한 것이다. 전지와 스위치와 전송선로를 조합해서 신호를 보낼경우는 스위치의 단속에 의하는 것이 보통이다. 모스부호에서는 알파벳의 a는 ''이므로 시간에 대해 변화하는 전압을 송전선로에다 주면 된다. 아래의 그림은 전송선로로 단.장을 보낼때의 전기력선과 자기력선을 보인다. 여기서, 전기력선과 자기력선을 보인 것이다. 전기력선과 자기력선을 보인 것이다. 전기력선과 자기력선이 오른쪽 방향으로 빛의 속도로 진행한다는 것이다. 이것은 패러데이법칙과 앙페르법칙을 만족한다. 따라서 전기력선은 오른 방향으로 빛의 속도로써 진행한다는 것이다. 예를들어 단의 길이가 0.01초이라도 3000킬로미터가 되므로 신호가 전달되는 속도가 매우 빠르다는 것이다.

 

 

17. 교류 송전 선로를 진행하는 전기파동은 어떻게 움직이나?

 교류전원과 전송선로 사이의 스위치를 닫고나서 얼마동안의 시간이 지난 뒤의 전기력선의 모양이 아래와 같다.

 

 변하는 자기장이 전기장을 만들고 변하는 전기장이 자기장을 만들면서 송전선을 따라 기인된 파동이 진행한다. 여기서 기인된 파동은 송전선을 따라가는 전계와 자계를 말한다. 파동의 속도 c는 본래의 상태가 되는 시간이 주기 T이고 거리가 파장λ이면 c=λ/T=fλ이다.

18, 코팅에 의해서 표면반사파를 줄이는 메카니즘은?

 반사가 일어난다는 것은 보통에 있어서는 바람직하지 못한 현상이다. 카메라나 안경의 렌즈는 유리인데 유리의 유전율은 공기와 다르기 때문에 반사가 일어나고 투과하는 빛은 감소된다. 이 때문에 표면에서의 반사를 적게해야 한다. 유리표면에 어떤 재료를 두께 d가 되게끔
coating한다. 이 재료의 유전율은 공기와 유리사이의 값이며 코팅의 두께 d는 약 4분의 1파장으로 한다. 코팅의 표면에서 반사된 빛(1)과 유리의 표면에서 반사된 빛(2)가 진행한 거리의 차는 두께d의 2배이므로 반파장이 된다. 반파장이 처진 파장은 전기력선과 자기력선의
방향이 반대가 되어 서로 상쇄해서 반사가 적어지는 것이다.

19. 물의 유전율은 10GHz에서 30GHz사이의 전자기파에 대해서는 급격히 작아진다. 그 이유는?

 물분자는 자신의 무게 때문에 회전하지 않으려는 관성이 있다. 교류의 주파수가 낮을때는 전압의 변화가 느려서 분자는 천천히 움직이면 되기 때문에 상향으로도 하향으로도 될 수가 있다. 그러나 주파수가 아주 높아지면 분자는 관성 때문에 전압의 변화를 따라가지 못하게
된다. 무거운 것을 빠른 속도로 진동시켜려해도 좀처럼 되지 않는것과 같다. 즉, 물분자는 움직일 수가 없게 되고 따라서 흡수도 없어진다. 물의 유전율은 낮은 주파수에서부터 수 기가헤르츠까지는 그다지 변화하지 않지만 10기가헤르츠에서 30기가헤르츠에 걸쳐서는 급격히
작아진다.

 

20. 광섬유와 전화선을 이용한 통신을 비교설명하여라.

 광통신에 사용하는 광섬유(optical fiber)는 전자기파의 흡수가 지극히 적은 특성을 지니고 있다. 광섬유는 유전율이 큰 물질과 작은 물질 사이에서 일어나는 전반사라고 불리는 현상을 이용한 전송선로이다. 광섬유는 규소를 주성분으로 하는 유리로 만드는데 여기서도 선로속을 어느 범위의 주파수의 전자기파만이 통과하게 된다.