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전자기학(전기자기학) 통합과정
백주기 교수
단국대학교 대학원 통신공학 석사과정
단국대학교 대학원 통신공학 박사졸업
단국대학교 대학원 통신공학 석사과정
단국대학교 대학원 통신공학 박사졸업
인천대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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총 14개 챕터, 119강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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[1강] 전자기학 오리엔테이션
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전자기학 오리엔테이션 및 학습 가이드
• 전자기학 본질 및 기초: 전기-자기 상호작용과 플레밍 법칙 등 전자기 현상 원리 정의, 쿨롱·패러데이·맥스웰 법칙으로 발전 과정 요약. • 전자기학 핵심 개념 및 분석: 전하, 자하, 전계, 자계, 전자파 발생 원리, 맥스웰 방정식 기반 시불변/시변 전자기 현상 분석. • 전자기학 적용 및 학습: 고주파 영역 무선 통신 응용, 벡터·좌표계 활용, 물리적 개념 우선 및 내용 연결을 통한 효과적 학습법 제시. |
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| 1장. 벡터해석 | ||
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[2강] 스칼라 및 벡터, 벡터 대수, 직각좌표계
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전자기학 벡터 해석 및 직각좌표계
• 스칼라 및 벡터: 전자기학의 기초 물리량으로, 크기와 방향 유무에 따른 정의 및 특성 이해 • 벡터 대수: 덧셈, 뺄셈, 스칼라 곱셈 연산 원리와 교환·결합 법칙, 위치·변위 벡터의 관계 정리 • 직각좌표계: 벡터의 공간적 표시를 위한 오른손 좌표계 원리, 미소 체적 및 표면적 계산 기반 학습 |
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[3강] 벡터 성분 및 단위벡터, 벡터계
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벡터 성분, 단위벡터 및 벡터장 개념과 활용
* **벡터 기본 개념**: 크기, 방향을 갖는 벡터의 정의, 단위벡터와 위치·변위벡터의 연산 원리 이해. * **직각좌표계 방향 여현**: 벡터의 직각좌표계 방향 표현 원리 및 각 축과의 코사인 값 활용. * **벡터장과 스칼라장**: 공간상의 각 점에 할당된 벡터 또는 스칼라 함수의 정의와 특성. |
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[4강] 내적
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내적의 개념 및 응용
• 내적 개념: 두 벡터의 스칼라 곱으로, 기하학적 투사 및 성분별 연산을 통한 계산 원리. • 내적 활용: 두 벡터 사이 각도, 수직 조건 판단, 일·자속 등 물리량 산출. • 내적 응용: 스칼라·벡터 성분 투영, 특정 방향 값 도출을 위한 문제 해결 전략. |
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[5강] 외적
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벡터 외적의 개념, 계산 및 응용
• 외적 개념: 두 벡터에 모두 수직인 벡터를 생성하며, 크기는 평행사변형 면적, 방향은 오른나사 법칙을 따르는 벡터 연산. • 외적 계산: 직교좌표계에서 행렬식 또는 순환 원리를 활용한 성분별 계산 절차와 단위 벡터 외적 규칙 이해. • 외적 응용: 회전력(토크), 평행육면체 체적, 삼각형 면적 및 평면에 수직인 단위 벡터 계산 원리 활용. |
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[6강] 벡터의 미분연산(1)
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전자기학 벡터 미분 연산 (1)
• 벡터 미분 연산자: 전자기학에서 미소 길이, 면적, 체적 이해 및 벡터 필드 경로 적분 분석에 필수적인 도구 • 직각좌표계 미소 요소: 미소 길이($d\mathbf{l}$), 벡터 미소 면적($d\mathbf{S}$), 스칼라 미소 체적($dv$)의 정의와 수학적 표현 • 벡터 필드 적분: 선적분 및 폐경로 순환 적분 계산 절차와 에너지 경로 무관성 원리 요약 |
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[7강] 벡터의 미분연산(2)
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벡터 미분 연산자 및 전자기학 응용
* **벡터 미분 연산자 (델 $\nabla$):** 기울기, 발산, 회전, 라플라시안의 정의, 수식 표현 및 스칼라/벡터 변환 원리. * **기울기, 발산, 회전 연산:** 스칼라/벡터 함수에 적용 시 결과 형태(스칼라/벡터) 및 물리적 의미 분석. * **전자기학 핵심 정리:** 발산 정리, 스토크스 정리, 포아송/라플라스 방정식 및 $\nabla \cdot (\nabla \times \mathbf{A}) = 0$ 등 주요 벡터 항등식 활용. |
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[8강] 다른 좌표계들:원통좌표계(1)
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원통좌표계의 개념 및 좌표계 변환
* 원통좌표계 개념: 원형/원통형 대칭 구조 분석에 최적화된 3차원 좌표계로, $\rho, \phi, z$ 매개변수를 통해 공간 내 한 점의 위치를 정의. * 원통좌표계 구성: $\rho, \phi, z$의 물리적 의미와 범위, 상호 직교하는 단위벡터($a_\rho, a_\phi, a_z$)의 특성 및 오른손 법칙 적용. * 직각좌표계 변환: 직각좌표계 $(x,y,z)$와 원통좌표계 $(\rho, \phi, z)$ 간의 점 및 단위벡터 변환 공식과 행렬식을 통한 상호 전환 절차. |
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[9강] 다른 좌표계들:원통좌표계(2)
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원통좌표계 변환 및 활용 예제
* 원통좌표계 점 변환: 직각-원통좌표계 간 점 위치를 $x=\rho\cos\phi, \rho=\sqrt{x^2+y^2}$ 등 공식으로 상호 변환 * 벡터 성분 변환: 단위 벡터 도트곱 또는 행렬식을 활용하여 직각-원통좌표계 벡터 성분을 상호 변환 * 좌표 변환 실무: $\phi$ 계산 시 사분면 분석 및 Degree 모드 활용, 결과는 해당 좌표계 변수로 표현 |
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[10강] 다른 좌표계들:원통좌표계(3)
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전자기학 10강: 다른 좌표계들 - 원통좌표계(3)
* 원통 좌표계 미소 요소: 거리계수($h_i$)를 활용한 미소 길이($dl$), 미소 면적($dS$), 미소 체적($dv$)의 개념과 표현 방식. * 벡터 순환 계산: 원통 좌표계 기반 벡터장의 선적분(순환) 계산 절차 및 폐곡선 경로 적용 방법. * 기하학적 요소 계산: 원통 좌표계에서 특정 영역의 길이, 면적, 체적을 계산하는 실제적 방법론. |
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[11강] 다른 좌표계들:원통좌표계(4)
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전자기학 델 연산자와 좌표계
• 델 연산자: 직각·원통 좌표계에서 거리 계수 기반의 연산자 정의와 적용 원리 학습 • 기울기·발산·회전: 스칼라·벡터장의 공간적 변화, 퍼짐, 회전 정도를 나타내는 각 연산 공식 및 계산 방법 이해 • 벡터 항등식: $\nabla \times (\nabla V)=0$, $\nabla \cdot (\nabla \times \mathbf{A})=0$ 등 핵심 관계 및 원통 좌표계 거리 계수 적용 유의점 파악 |
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[12강] 구좌표계(1)
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전자기학 구좌표계 (1)
• 구좌표계: 원점 거리 $r$, z축 각도 $\theta$, x-y 평면 각도 $\phi$로 3D 공간의 점을 정의하며, 각 변수는 구면·원추면·평면을 형성하고 서로 직교함. • 구좌표계 단위 벡터: $\mathbf{a_r, a_\theta, a_\phi}$로 구성되어 직교하며, 내적은 0 또는 1, 외적은 순환 규칙을 따르는 기본 벡터 연산을 가짐. • 좌표 및 벡터 변환: 직각좌표계와 구좌표계 간 상호 변환 공식 및 단위 벡터 변환 행렬을 활용하며, 방위각 $\phi$ 계산 시 사분면 보정이 필수적임. |
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[13강] 구좌표계 (2)
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구좌표계와 벡터 연산자 활용
* 구좌표계 및 좌표 변환: 직각, 원통, 구좌표계 간 미소 길이, 면적, 체적 요소 표현과 상호 변환 원리 학습. * 델 연산자: 경도(∇V), 발산(∇·A), 회전(∇×A), 라플라시안(∇²V) 등 벡터 미분 연산자의 정의 및 구좌표계별 공식 적용법 이해. * 벡터 연산자 활용: 거리 계수 반영 구좌표계 공식 및 주요 벡터 항등식 적용을 통한 전자기학 문제 해결 능력 함양. |
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| 2장. 쿨롱의 법칙과 전계세기 | ||
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[14강] 쿨롱의 실험 법칙 (1)
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쿨롱의 법칙과 전장의 이해
• 쿨롱의 법칙: 전하량, 거리, 유전율 기반 두 전하 간 전기력 원리 설명; 전계는 단위 전하가 받는 힘으로 공간의 전기적 특성 정의. • 전자기학 핵심 상수: 자유 공간 유전율, 투자율 및 빛의 속도 등 물리 상수 정의와 전하(점전하, 선/면/체적 밀도)의 유형 이해. • 전기력선 특성: 전계의 세기를 밀도로 표현하고 양전하에서 음전하로 향하는 방향성을 통해 전하 간 상호작용 분석. |
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[15강] 쿨롱의 실험 법칙 (2)
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쿨롱의 실험법칙, 전기력선 및 전계의 세기
* **전기력선 및 전계**: 전하 분포에 따른 전계의 시각적 표현인 전기력선의 성질을 이해하고, 단위 전하가 받는 힘으로 전계의 세기($E=F/Q$)를 정의함. * **전속 밀도와 유전율**: 전계($E$)와 매질의 유전율($\epsilon$) 관계($D = \epsilon E$)를 통해 전하량 계산의 편의성을 제공하는 전속 밀도 개념을 학습함. * **쿨롱의 법칙 적용**: 두 전하 사이의 전기력을 쿨롱의 법칙 벡터식으로 계산하며, 변위 및 단위 벡터를 활용해 힘의 크기와 방향을 분석함. |
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[16강] 전장(전계)의 세기
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전장(전계)의 세기
* 전계(Electric Field) 정의: 점전하로부터 발생하는 힘의 장으로, $\mathbf{E} = \frac{Q}{4\pi\epsilon_0 R^2} \mathbf{a}_R$에 따라 전하량에 비례하고 거리 제곱에 반비례하는 벡터량. * 전계 계산 원리: 다수 전하의 경우 각 전계의 벡터 합산(중첩의 원리)을 적용하며, 전속 밀도($\mathbf{D} = \epsilon \mathbf{E}$)는 유전율에 무관한 전계 분석 도구. * 전하 분포별 전계 특징: 점전하(R² 반비례), 선전하(R 반비례), 무한 평면 전하(거리 무관)의 전계 특성을 이해하고 MKS 단위계로 계산. |
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[17강] 연속적인 체적전하분포에 의한 전계 (1)
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연속적인 체적전하분포에 의한 전계 계산
* **연속 체적전하분포:** 미소 전하량, 체적전하밀도 정의 및 총 전하량($Q=\int \rho_v dv$) 계산 원리 학습. * **전계와 가우스 법칙:** 발산 정리, 미분형 가우스 법칙을 활용한 전계와 체적전하밀도 관계 분석. * **전계 계산 전략:** 좌표계별 미소 체적 요소, 적분 순서 최적화, 제2 코사인 법칙 및 대칭성 활용법 숙지. |
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[18강] 연속적인 체적전하분포에 의한 전계 (2)
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연속 체적전하분포에 의한 총 전하량 계산
• 총 전하량 계산 원리: 연속 체적전하분포의 전하 밀도 $\rho_v$를 해당 체적에 대해 적분 ($Q = \iiint \rho_v dV$). • 좌표계별 적용: 직각, 원통, 구좌표계에서 각기 다른 체적 요소 $dV$를 활용하여 전하량 산출 절차 수행. • 특수 조건 고려: 기함수의 대칭 구간 적분 시 결과가 0이 되는 특성 및 각 변수 분리 적분을 통해 정확한 결과 도출. |
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[19강] 선전하에 의한 전장 (1)
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선전하에 의한 전장 분석
• 전기장 계산 원리: 쿨롱 법칙 기반 전하량 결정 및 대칭성을 활용한 점전하·선전하 전장 분석 단순화 • 유한장 직선전하 전장: 거리 벡터, 삼각함수, 미적분 이용 좌표 변환 및 대칭성 고려 전장 유도 과정 • 무한장 직선전하 전장: 유한장 확장 및 $\textbf{E} = \frac{\rho_L}{2\pi\epsilon_0\rho}\textbf{a}_\rho$ 공식 도출, 이항정리 근사를 통한 점전하 모델링 |
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[20강] 선전하에 의한 전장 (2)
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선전하에 의한 전장의 계산 및 특성 분석
* **선전하 전계 계산**: 무한장 선전하 및 축에서 벗어난 선전하의 전계 세기 계산 방법과 좌표계 변환을 통한 공식 유도 과정 학습. * **원형 고리 전장 분석**: 원형 고리 선전하의 전장 세기 공식 유도, 대칭성 기반의 벡터 성분 분석 및 최대 전계 지점 도출 원리 이해. * **전하 분포 근사**: 원형 고리 선전하를 점전하로 근사하는 과정을 통해 다양한 전하 분포 간 전계 변화 관계 및 쿨롱 법칙과의 연결성 확인. |
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[21강] 면전하에 의한 전계
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면전하에 의한 전계 및 관련 문제 풀이
• 면전하 전계: 면전하 밀도($\rho_s$) 정의 및 거리에 무관한 균일 전계 특성 분석 • 무한 면전하 및 커패시터 전계: 대칭성을 이용한 전계($E = \frac{\rho_s}{2\epsilon_0}\mathbf{a_n}$) 계산 및 평행판 커패시터 내부 전계($E = \frac{\rho_s}{\epsilon_0}$) 원리 이해 • 다중 면전하 및 유한 전하 전계/힘: 중첩 원리 기반 전계 벡터 합산 및 적분을 통한 총 전하량, 전계, 힘 계산 |
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[22강] 전계의 유선과 스케치
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전계 유선 및 전기력선 방정식의 이해와 적용
* 전기력선 기본 개념: 전계의 방향을 시각화하는 가상의 선으로, 밀도는 전계 세기에 비례하고 선간격은 반비례. * 전기력선 방정식 유도: 전계 벡터와 미소 길이 벡터의 평행($E \times dl = 0$) 원리에 기반하여 $\frac{dx}{E_x} = \frac{dy}{E_y} = \frac{dz}{E_z}$ 미분 방정식으로 표현. * 전기력선 방정식 활용: 주어진 전계 성분을 대입하여 미분 방정식을 적분하고, 특정 점을 통과하는 적분 상수를 결정하여 해 도출. |
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| 3장. 전속밀도, 가우스의 법칙 및 벡터계의 발산 | ||
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[23강] 전속밀도
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전속밀도 개념 및 계산
* **전속밀도 (D) 개념**: 전계(E) 계산 단순화를 위해 유전율(ε)에 무관하게 도입된 물리량으로, 전속(Ψ)을 단위 면적으로 나눈 값으로 정의. * **전속 (Ψ) 및 가우스 법칙**: 내부 전하량(Q)과 직접 비례하는 전속(Ψ)의 특성과 폐곡면 내 총 전속이 Q와 동일한 가우스 법칙 원리. * **전속밀도 (D) 계산 및 활용**: 점·선·면 전하 분포별 D 계산 방식과 D=εE 관계를 이용한 전계(E) 유도 및 분석. |
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[24강] 가우스 법칙
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가우스 법칙의 개념과 응용
* 가우스 법칙 개념: 폐곡면 내 총 전하량과 총 전속 간의 관계를 정의하며, 전속 밀도 계산의 핵심 원리. * 전하 분포 계산: 점전하, 선전하, 면전하 등 다양한 전하 분포 유형별 총 전하량 및 전속 산출 절차. * 법칙 응용 및 분석: 대칭적 전하 분포의 전계 및 전속 밀도 계산, 유전율을 활용한 전자기 현상 분석. |
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[25강] 가우스 법칙의 응용 예: 대칭전하 분포(1)
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가우스 법칙의 응용: 대칭전하 분포
* 가우스 법칙 응용: 전하 분포의 대칭성 활용, 폐곡면 선택으로 전속밀도(D) 적분 단순화 (D는 폐곡면과 수직/접선 및 상수). * 대칭 전하 분포 전장 계산: 점전하, 선전하, 동축 케이블에서 대칭 폐곡면을 통해 전속밀도(D) 및 전계(E) 효율적 유도. * 동축 케이블 특성 및 전자기장 계산 흐름: 외부 도체 차폐로 D는 도체 사이에만 존재하며, 전자기장 계산은 D → E → V → C 순서로 진행. |
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[26강] 가우스 법칙의 응용 예: 대칭전하 분포(2)
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전자기학 가우스 법칙의 응용: 대칭전하 분포 예제 풀이
• 가우스 법칙 개념: 대칭 전하 분포에서 전속밀도 D 및 전계 E를 계산하는 핵심 원리 요약 • 대칭 전하 분포 분석: 동축케이블 및 구형 대칭 시스템의 전하밀도, 전속밀도 D 계산 절차 설명 • 가우스 면 활용: 가우스 면 내 총 내부전하 산정 및 특정 조건(D=0) 달성을 위한 전하밀도 역산 방법론 제시 |
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[27강] 가우스 법칙의 응용 예: 미소체적소
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가우스 법칙의 미분형: 발산 개념 및 좌표계별 적용
* 가우스 법칙 미분형: 발산(Divergence) 정의, 벡터장의 원천 밀도 개념 및 물리적 의미 학습 * 발산 공식: 직각, 원통, 구 좌표계별 미분 형식 유도 및 전속 밀도 $\mathbf{D}$ 적용 방법 이해 * 맥스웰 제1방정식: 전속 밀도 $\mathbf{D}$와 체적 전하 밀도 $\rho_v$ 관계($\nabla \cdot \mathbf{D} = \rho_v$) 분석 및 활용 |
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[28강] 발산정리
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발산정리 기본 개념 및 적용
• 발산정리 개념: 벡터장의 폐곡면 면적분과 내부 체적적분 간의 상호 관계를 정의하며, 가우스 법칙과 연계하여 면적분-체적적분 변환에 활용. • 델 연산자 및 발산: 벡터장의 발산을 계산하는 연산자로, 직각/원통좌표계에서 거리계수를 적용하여 편미분 계수를 활용. • 발산정리 적용: 직각 및 원통좌표계에서 면적분과 체적적분을 각각 계산하여 발산정리의 유효성을 검증하는 절차. |
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| 4장. 전계의 에너지 및 전위 | ||
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[29강] 전계 내 점전하를 이동시키는데 소요되는 에너지
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전계 내 점전하 이동 에너지 및 전위 개념
• 전위 개념: 전자기학에서 스칼라 함수인 전위를 통해 벡터장인 전장의 계산을 효율적으로 수행하는 기본 원리. • 점전하 이동 에너지: 전기장 내 점전하 이동에 필요한 선적분($W = -Q \int E \cdot dL$)으로 정의되며, 경로 무관성과 등전위면에서의 에너지 소모 없음이 특징. • 전장과 전위 관계: 전개는 높은 전위에서 낮은 전위로 향하는 특징을 가지며, 중력장과의 유사점 및 차이점 분석. |
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[30강] 선적분
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선적분 개념 및 계산
• 선적분: 스칼라 값 계산 원리 및 전하 이동에 따른 일(에너지) 산출 방식 정의 • 경로 독립성: 보존장에서 일의 경로 무관성 및 비보존장에서 경로 의존성 분석 • 선적분 계산: 직각 및 원통 좌표계에서 다양한 전장 조건에 따른 미소 길이 요소와 변수 치환 기법 적용 |
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[31강] 전위차 및 전위의 정의
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전위차 및 전위의 정의와 특성
* 전위 및 전위차 개념: 전장 내 단위 전하 이동에 필요한 에너지 또는 일의 양으로 정의되는 스칼라량. * 전위 계산 원리: 무한원점 기준 전위 정의 및 점전하, 선전하 등 전하 분포에 따른 전위 공식 적용. * 등전위면 특성: 전위가 동일한 지점을 연결한 면으로, 전기력선과 직교하며 서로 교차하지 않는 구조 분석. |
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[32강] 점전하에 의한 전위
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점전하에 의한 전위장 및 전위 계산
* 점전하 전위/전위차 개념: 전개($E$) 선적분 기반의 경로 무관한 전위 정의 및 등전위면 원리 이해. * 전위 기준점 설정: 무한대 또는 특정 지점을 활용한 전위 스칼라량 계산 방식 학습. * 전장 및 전위 관계: 거리($r$)에 따른 전장($E$) $1/r^2$ 및 전위($V$) $1/r$ 반비례 특성 분석. |
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[33강] 전하 시스템의 전위계: 보존적 성질
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전하 시스템의 전위계: 보존적 성질
• 전위 개념: 단위 양전하를 이동시키는 데 필요한 일의 양인 스칼라량으로, 이동 경로에 무관하며 중첩의 원리 적용. • 전위 계산: 점전하 및 연속 전하 분포(선, 면, 체적)에 대해 중첩의 원리를 이용한 스칼라 합산 또는 적분으로 수행. • 정전장 보존성: 시간 불변 정전장에서 폐곡선 선적분이 0이 되며, 이는 에너지 보존 및 키르히호프 전압법칙과 연관된 특성. |
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[34강] 전위 경도 (1)
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전위 경도의 개념과 계산
• 전위 경도 개념: 전위의 공간적 변화율을 나타내는 벡터량으로, 전기장과 전위장 간의 핵심 관계 $E = -\nabla V$를 규정. • 등전위면 특성: 전위가 급격히 증가하는 방향에 수직이며, 전기력선과 직교하는 등전위면의 구조적 원리 학습. • 경도(Gradient) 계산: 스칼라장을 벡터장으로 변환하는 연산자로, 다양한 좌표계에서 전위, 전장, 전속 밀도, 체적 전하 밀도 계산에 활용. |
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[35강] 전위 경도 (2)
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전위 경도 및 전계 계산 (원통 좌표계 포함)
* **전위 경도 및 전계 계산**: 직각/원통 좌표계에서 전위 함수($V$)를 이용한 전계($\mathbf{E}=-\nabla V$) 도출 절차 및 등전위면에 수직한 전계 방향 이해. * **최대 전위 변화율 및 법선 벡터**: 전계 크기($|\mathbf{E}|$)를 통한 최대 전위 변화율($dV/dN$) 정의와 최대 전위 증가 방향의 단위 법선 벡터($\mathbf{a}_N$) 계산. * **체적 전하 밀도 계산**: 가우스 법칙($\nabla \cdot \mathbf{D} = \rho_v$)과 자유 공간 ($\mathbf{D}=\epsilon_0 \mathbf{E}$)을 활용, 전계 발산($\nabla \cdot \mathbf{E}$) 기반의 체적 전하 밀도($\rho_v$) 계산. |
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[36강] 전기쌍극자
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전기쌍극자의 전위와 전장 분석
• 전기쌍극자 개념: 유전체 분극 현상 및 전위·전장 분석의 기초 원리 이해 • 전기쌍극자 모멘트: $\mathbf{p}=Q\mathbf{d}$로 전하 분포를 표현하며, 전위($r^{-2}$)와 전장($r^{-3}$)의 거리 의존성 학습 • 전위/전장 계산: 스칼라 전위($V$)를 우선 산출 후 경도($-\nabla V$)로 벡터 전장($\mathbf{E}$)을 도출하는 방법론 |
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[37강] 정전기 에너지
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10:
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정전기 에너지 개념 및 계산
• 정전기 에너지: 전하 분포에 저장된 에너지 정의 및 점전하, 연속 전하 분포에서의 계산 원리 요약 • 전장 에너지 저장: 전장 내 에너지 저장 공식 유도 및 전장 에너지 밀도 개념 정의 • 정전기 에너지 계산: 전위장으로부터 전계 $\mathbf{E}$ 유도 및 체적 적분을 통한 실제 시스템 에너지 계산 방법론 학습 |
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| 5장. 도체와 유전체 | ||
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[38강] 전류 및 전류밀도
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전류 및 전류밀도
• 전류 및 전류밀도 개념: 전하 이동 정의($I=dQ/dt$)와 공간적 흐름($J=\rho_v V$, $I=\oint_S J \cdot dS$)을 통한 전류 및 대전류밀도 원리 학습. • 도체와 유전체 특성: 도전율($\sigma$) 및 유전율($\epsilon_r$) 기반의 물질 전기적 성질, 이상적 모델과 실제 재료 특성 비교 분석. • 전자기 현상 분석: 매질 경계면 전계/전속밀도 경계조건과 복잡한 도체 문제 해결을 위한 전기영상법 개념 및 응용. |
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[39강] 전류의 연속성
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전류의 연속성과 전하 보존 원리 및 연속 방정식
• 전하 보존 원리: 전하의 생성·소멸 없이 형태만 변하는 전자기학의 근본 원리. • 연속 방정식: 전하 보존 원리 기반 전류(J)와 전하 밀도(ρv) 간의 시공간적 관계를 적분형/미분형으로 표현. • 정상 전류 조건: 전하량 변화 없는 상태(∇∙J=0) 정의 및 전류 밀도, 체적 전하 밀도, 속도(J=ρvv) 상호 관계 분석. |
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[40강] 금속도체
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금속도체의 에너지 준위 및 전기적 특성
• 금속도체 에너지 준위: 가전자대-전도대 중첩 구조를 통한 자유 전자 이동 원리 이해 • 도체 전기적 특성: 드리프트 속도, 이동도, 도전율, 비저항, 옴의 법칙으로 전류 흐름 정량화 • 저항 및 온도 영향: 물질 고유 저항 계산과 도전율의 온도 의존성 및 초전도 현상 분석 |
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[41강] 도체의 성질과 경계조건
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도체의 성질 및 경계 조건
* **도체 정전계 특성**: 정적 상태에서 도체 내부 전계 0, 모든 전하 표면에 분포, 도체 표면은 등전위면을 형성함. * **경계면 전자기 조건**: 도체-자유공간 경계에서 전계의 접선 성분 0, 전속밀도의 법선 성분은 표면전하밀도와 동일하게 성립. * **핵심 원리 및 응용**: 가우스 법칙 및 전계 선적분을 활용하여 전위, 전계, 전속밀도, 표면전하밀도 계산에 적용. |
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[42강] 전기영상법
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전기영상법 원리 및 적용
• 전기영상법 원리: 도체 평면을 등전위면으로 보고 영상전하를 도입, 복잡한 전하-도체 상호작용 문제를 단순화. • 영상전하 구성: 원전하에 대해 대칭 위치에 부호 반대 전하를 배치하여 도체 경계 조건을 만족. • 전위·전계·표면전하밀도 계산: 영상전하와 원전하의 중첩을 활용, 특정 지점의 전기적 특성을 효율적으로 분석. |
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[43강] 반도체, 유전재료의 성질
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반도체 및 유전재료의 전기적 특성
* 반도체 도전율: 전자·정공 전류 반송자 역할, 온도에 따른 도전율 증가 및 도핑을 통한 N·P형 반도체 특성 제어. * 유전재료 분극: 외부 전계에 의한 속박전하 변위, 쌍극자 모멘트와 단위 체적당 분극 P 정의 및 물리적 의미. * 전속밀도·유전상수: 전속밀도 D($=\epsilon_0 E + P$) 개념, 재료의 전화율·비유전율 정의 및 강유전체 이력 효과 이해. |
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[44강] 완전유전체에 대한 경계조건
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완전유전체 경계조건
• 완전유전체 경계조건 개념: 두 유전체 경계면에서 전계 및 전속밀도 거동을 설명하는 기본 원리. • 경계조건 규칙: 전계의 접선 성분은 연속($E_{tan1} = E_{tan2}$), 전속밀도 법선 성분은 자유전하 밀도($\rho_S$)에 따라 불연속($D_{N1} - D_{N2} = \rho_S$). • 굴절 법칙 및 응용: 유전율 차이에 따른 전자기장 굴절 현상($\frac{\tan \theta_1}{\tan \theta_2} = \frac{\epsilon_1}{\epsilon_2}$) 분석 및 문제 해결에 활용. |
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| 6장. 정전용량 | ||
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[45강] 정전용량의 정의
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정전용량의 정의 및 평행판 커패시터 원리
* 정전용량: 두 도체 간 전하량과 전위차의 비로 정의되며, 도체 형상 및 유전율에 따라 에너지 저장 능력 결정. * 평행판 커패시터: 균일 전계 기반 $C = \epsilon S / d$ 공식으로 정전용량 계산하며, 전기 에너지를 저장하는 핵심 원리. * 커패시터 에너지: $W = \frac{1}{2} C V^2$ 공식으로 저장 에너지 산출, 유전율이 클수록 에너지 저장 효율 증대. |
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[46강] 정전용량의 여러가지 예
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정전용량의 다양한 예시 및 계산
* 정전용량 개념 및 계산: 동축 케이블, 구형 커패시터 등 구조별 정전용량 공식 유도 및 계산 원리 학습. * 다층 유전체 커패시터: 유전체 경계면 배열(평행/수직)에 따른 직렬·병렬 등가회로 적용 계산 및 유전체 내 도체판 삽입 효과 분석. * 정전용량의 핵심 특성: 전하·전위차에 독립적이며, 유전체와 기하학적 치수에만 의존하는 물리량 이해. |
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[47강] 두 평행도선의 정전용량
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두 평행도선의 정전용량 유도 및 계산
• 평행 선전하 전위 분포: 두 무한 선전하로부터 원통형 등전위면을 형성하는 전위 분포 원리 및 파라미터 관계 이해. • 원통 도체 정전용량 유도: 등전위면을 활용, 원통 도체와 평면 도체 간 정전용량 `C`를 기하학적 파라미터 `h, b`로 유도 및 계산. • 표면 전하 밀도 분석: 전위 기반 표면 전하 밀도 `ρS`의 최대·최소 지점을 파악하고 정전용량 실제 문제에 적용. |
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[48강] 2차원 문제에서 정전용량을 추정하기 위한 전계 그림을 사용
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2차원 정전용량 추정을 위한 전계 그림 활용
• 2차원 정전용량 추정: 전계 그림을 통해 복잡한 도체 정전용량 C를 계산하는 방법론. • 전계 그림: 유선과 등전위면의 직교성 및 곡선 정방형 규칙을 적용하여 전계도 작성. • 정전용량 계산: 전계도에서 전속관 개수 $N_Q$와 등전위면 개수 $N_V$를 기반으로 $C = \epsilon \frac{N_Q}{N_V}$ 공식 활용. |
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[49강] 포와송 및 라플라스 방정식의 유도
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포와송 및 라플라스 방정식의 유도 및 활용
* **포와송 및 라플라스 방정식**: 가우스 법칙 기반 유도, 체적 전하 밀도 유무에 따른 전위 분포 분석 및 전위·전하 밀도 계산 원리. * **라플라스 연산자**: 직각, 원통, 구 좌표계별 전위 함수($V$) 적용 및 체적 전하 밀도($\rho_v$) 도출 절차. * **경계 조건 및 유일성의 정리**: 전자기 문제 해결의 필수 요소, 주어진 조건으로부터 유일한 전위 함수 해 도출. |
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[50강] 라플라스 방정식의 예
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라플라스 방정식의 다양한 좌표계 예제 및 정전용량 유도
* 라플라스 방정식 직접 적분법: 전위가 단일 변수일 때 직각, 원통, 구좌표계에서 경계 조건을 적용하여 전위($V$)를 결정. * 전기장 요소 유도: 결정된 전위($V$)로부터 전계($E$), 전속밀도($D$), 표면 전하 밀도($\rho_S$)를 통해 총 전하량($Q$)을 체계적으로 도출. * 정전용량 계산: 유도된 총 전하량($Q$)과 전위차($V_0$)를 활용하여 평행판, 동축, 동심 구형 등 다양한 커패시터의 정전용량($C$)을 산출. |
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[51강] 포와송 방정식의 예 : P-N접합 정전용량
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PN 접합 정전용량과 포와송 방정식 응용
* PN 접합 전위/전계: 포와송 방정식을 활용, PN 접합 공핍층의 전하 분포로부터 전계와 전위 도출. * 접합 정전용량 정의: 미분 정전용량 $C = dQ/dV_0$로 정의하며, 인가 전압에 대한 $V_0^{-1/2}$ 반비례 특성 이해. * 응용 및 문제 해결: 전하 밀도 적분 및 경계 조건 적용을 통한 PN 접합 전위, 전계, 정전용량 계산. |
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| 7장. 정상자계 | ||
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[52강] 비오사바르 법칙 (1)
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정상자계 및 비오사바르 법칙 개요
• 정상자계: 시간에 무관한 자계의 정의 및 직류전류를 원천으로 하는 자계의 특성 이해 • 비오사바르 법칙: 미소전류소에 의한 자계 발생 원리 및 벡터 외적을 이용한 자계 세기와 방향 결정 • 쿨롱 법칙과 비교: 거리 제곱 반비례 등 유사점과 벡터 외적 기반 자계 방향 결정의 차이점 분석 |
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[53강] 비오사바르 법칙 (2)
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비오사바르 법칙의 적분형 및 자계 계산
• 비오사바르 법칙: 미소전류소의 자계를 정의하고 폐선로 전류에 대한 적분형으로 다양한 전류 분포의 자계 계산 원리 제공. • 비오사바르 법칙 적용: 선전류, 표면 및 체적 전류밀도에 확장 적용하며, 무한장 및 유한 길이 전류소 자계 공식으로 자계 세기와 방향 계산. • 자계 계산 심화: 앙페르 법칙과의 대칭성 조건 차이를 이해하고, 크로스 프로덕트와 좌표계별 단위 벡터를 활용하여 자계 방향 결정. |
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[54강] 암페어의 주회법칙 (1)
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암페어 주회 법칙 및 응용
* 암페어 주회 법칙: 대칭적인 전류 분포의 자계 $\mathbf{H}$를 폐곡로 선적분을 통해 내부 직류 전류 $\mathbf{I}$와 연관 지어 계산하는 핵심 원리 정의. * 도체별 자계 응용: 무한장 직선, 원통, 솔레노이드, 동축 선로 등 다양한 도체 형태에서 자계 $\mathbf{H}$를 유도하고, 동축 선로의 외부 자계 차폐 효과를 분석. * 자기회로 파라미터 연계: 비오사바르 법칙으로부터의 유도 관계를 이해하고, 자계 $\mathbf{H}$를 기반으로 자속 밀도 $\mathbf{B}$, 인덕턴스 $\mathbf{L}$ 등 자기회로 파라미터를 도출. |
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[55강] 암페어의 주회법칙 (2)
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암페어의 주회 법칙 응용 및 자계 계산
• 암페어 주회 법칙: 대칭성을 활용한 표면전류, 솔레노이드, 트로이드 등 다양한 전류 분포 자계 계산 원리 학습 • 솔레노이드 및 트로이드 자계: 내부 자계의 존재, 외부 자계의 소멸, 그리고 위치 무관성 등 특수 자계 구조 분석 • 자계 방향 및 크기 결정: 비오사바르 법칙 기반 전류 루프 자계 도출 및 벡터 외적, 오른손 법칙을 통한 자계 방향 판별 |
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[56강] 벡터회전 (1)
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벡터 회전 (Curl) 개념 및 물리적 의미
* 벡터 회전(Curl) 정의: 벡터장의 회전성을 나타내는 벡터량으로, 미소 폐곡로 선적분과 면적 비율의 극한값. * 암페어 주회 법칙 응용: 정자계에서 전류 밀도(J)와 같아 $\nabla \times H = J$로 미분형 표현. * 물리적 의미 및 구분: 유체 순환과 회전력 분석에 활용되며, 정전계는 0, 정자계는 전류 밀도 값. |
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[57강] 벡터회전 (2)
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벡터회전 예제 및 맥스웰 방정식
* **벡터회전(curl)**: 자계의 순환 및 전류밀도(J)를 파악하는 핵심 물리량으로, 선적분과 컬 연산자의 관계를 스토크스 정리를 통해 이해. * **맥스웰 방정식**: 암페어 주회법칙의 미분형(∇×H=J)을 포함, 정적장 조건에서 전자기 현상을 설명하는 기본 원리 및 물리적 의미 학습. * **벡터 전류 밀도 계산**: 직각, 원통, 구좌표계에서 컬 연산자를 적용하여 전류밀도(J)를 정확하게 산출하는 절차 숙달. |
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[58강] 스토크스의 정리
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스토크스 정리와 전자기학 응용
* **스토크스 정리**: 폐곡선 선적분을 해당 면의 회전(curl) 면적분으로 변환하는 벡터 미적분학의 핵심 원리. * **암페어 주회 법칙**: 스토크스 정리를 활용하여 적분형과 미분형의 동등성을 설명하고 전자기학 법칙을 이해하는 기본 도구. * **벡터 항등식 $\nabla \cdot (\nabla \times \mathbf{A}) = 0$**: 임의 벡터 회전의 발산이 0임을 증명하여 전자기장 이론의 일관성과 전류 연속성을 확립. |
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[59강] 자속과 자속밀도
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자속과 자속밀도 개념 및 맥스웰 방정식
* 자속 및 자속밀도: 웨버(Wb), 테슬라(T) 단위, $\mathbf{B}=\mu\mathbf{H}$ 정의와 전계/자계 가우스 법칙 비교. * 맥스웰 방정식: 정전계/정상자계의 가우스, 앙페르, 패러데이 법칙 포함 4대 방정식 및 보조 방정식 원리. * 자속 및 자속밀도 계산: 앙페르 주회 법칙을 활용한 동축선로 및 도체 내외부 자계 분석. |
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[60강] 스칼라 자위 및 벡터 자위
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스칼라 자위와 벡터 자위 개념 및 적용
• 스칼라 자위($V_m$): 전류 밀도($\mathbf{J}$) 없는 영역에서 자계 $\mathbf{H}$를 정의하며, 다중값 및 비보존계 특성 보유. • 벡터 자위($\mathbf{A}$): 자속 밀도 $\mathbf{B}$를 $\nabla \times \mathbf{A}$로 정의, 전류 밀도 존재 여부와 무관하게 전자기학 문제 해결에 활용. • 두 자위 개념: 적용 조건과 성질(보존계 여부, 다중값)에 명확한 차이가 있어 구분된 이해가 중요. |
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[61강] 정상자계 법칙의 유도
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정상자계 법칙의 유도와 벡터 자위
• 벡터 자위 A: 정상자계에서 자속 밀도 B 및 자기장 강도 H 유도와 해석에 활용되는 비오-사바르 법칙 기반 벡터 개념. • 벡터 포아송 방정식: A의 발산이 0인 쿨롱 게이지 조건으로 유도되며, 정전위 V의 방정식과 유사한 수학적 구조. • 동축선로 벡터 자위 A 유도: 라플라스 방정식을 활용하여 대칭 구조에서 A를 계산하고 자기장 특성 분석. |
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| 8장. 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 | ||
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[62강] 운동하는 전하에 작용하는 힘
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운동하는 전하에 작용하는 힘 및 로렌츠 힘
• 운동하는 전하의 힘: 전계($F=QE$)와 자계($F=Q(v \times B)$)가 대전입자에 미치는 쿨롱 힘 및 자기력 기본 원리. • 로렌츠 힘 및 필드 차이: 전계/자계 공존 시 $F=Q(E + v \times B)$로 정의되며, 전계는 에너지 전달, 자계는 운동 직각 작용 및 에너지 비전달. • 응용 분야: 마그네트론, 사이클로트론, MHD 발전기 등 로렌츠 힘의 대전입자 운동 분석 및 기술 응용. |
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[63강] 미소전류에 작용하는 힘
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미소 전류에 작용하는 힘과 홀 효과
• 미소 전류에 작용하는 힘: 로렌츠 힘 공식 $d\mathbf{F} = dQ (\mathbf{v} \times \mathbf{B})$ 기반, 정상자계 내 전하 및 전류 요소에 작용하는 힘의 원리와 전달 과정 설명. • 홀 효과: 자계 내 전류 흐름 시 전하 변위로 발생하는 홀 전압 개념과 N/P형 반도체 구별, 자속 밀도 측정 등 응용 분야 분석. • 도체 힘 계산: 전류 요소 $I d\mathbf{L}$과 자속 밀도 $\mathbf{B}$의 외적($I d\mathbf{L} \times \mathbf{B}$)을 통한 도체 총 힘 및 반도체 물리량 계산 원리 이해. |
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[64강] 미소전류소에 작용하는 힘
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미소전류소에 작용하는 힘
• 미소전류소 힘: 자계를 통해 전류 분포 상호작용을 분석하며, $\text{d}\vec{F} = I \text{d}\vec{L} \times \vec{B}$ 공식을 적용하여 계산. • 힘의 특성: 점전하와 달리 미소전류소는 작용-반작용 법칙을 따르지 않아 합력이 0이 아니며, 물리적으로 항상 완전한 회로를 고려해야 함. • 회로 간 힘 계산: 실제 회로의 총 힘은 두 번 적분으로 구하고, 평행한 무한직선 전류소 사이 힘은 $\frac{\mu_0 I_1 I_2}{2\pi d}$로 흡입/반발 결정 가능. |
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[65강] 폐회로에 작용하는 힘과 회전력
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전자기학: 폐회로에 작용하는 힘과 회전력
• 폐회로 자기력: 균일 자계 내 폐회로의 총 힘은 0이나, 회전력은 발생. • 회전력 원리: 전류 루프의 자기 쌍극자 모멘트와 외부 자속밀도 간 벡터 곱(T=m×B)으로 루프 회전 유발. • 자기 쌍극자 모멘트: 루프 전류와 면적 벡터의 곱(m=IS)으로, 외부 자계와의 정렬을 통해 회전력을 정의. |
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[66강] 자성체의 성질
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자성체의 성질: 원자 모델과 분류, 특성
• 자성 발생 원리: 전자의 궤도운동 및 스핀 자기모멘트에 기반하며, 물질은 6가지 주요 유형(역자성, 상자성, 강자성 등)으로 분류. • 강자성체 특성: 자구 형성, 자기 이력 현상, 퀴리 온도 개념을 통해 외부 자계에 대한 강력한 반응 이해. • 페리자성체 및 기타 자성체: 자기모멘트 상쇄 방식에 따른 자성 분류와 페라이트의 고주파 응용 등 특성 분석. |
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[67강] 자화 및 투자율
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자화 및 투자율
• 자화 개념: 자성체 내 단위 체적당 자기쌍극자 모멘트로, 속박전류에 의한 자계원 형성과 외부 자계 반응 설명 • 자계세기 H: 매질 내 자속밀도 B와 자화 M 간의 관계(H = B/μ₀ - M)를 정의하며, 암페어 주회법칙으로 자유전류를 설명 • 투자율: 자화율(χm)과 비투자율(μr = 1+χm)로 정의되며, 매질 내 자속밀도 B와 자계세기 H 관계(B=μH)를 확립하고 자성체 종류를 분류 |
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[68강] 자계의 경계조건
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자계의 경계조건
• 자계의 경계조건: 서로 다른 매질에서 자속 밀도 $\mathbf{B}$ 및 자계 세기 $\mathbf{H}$의 경계면 거동 원리 이해. • 자속 밀도 법선 성분: 가우스 법칙에 따라 경계면에서 자속의 연속성 보존 ($\mathbf{B}_{N1}=\mathbf{B}_{N2}$). • 자계 세기 접선 성분: 암페어 법칙 기반, 표면 전류 $\mathbf{K}$ 존재 시 불연속적으로 변화. |
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[69강] 자기회로(1)
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자기회로 개념 및 응용
• 자기회로 기본 개념: 기자력·자속·자기저항 등 핵심 용어 정의 및 강자성체 비선형 특성 기반 전기회로와의 차이점 이해. • 자기회로 해석 원리: 암페어 주회 법칙으로 자계·자속을 계산하고, B-H 곡선 및 자기이력곡선(잔류자속, 보자력)으로 강자성체 특성 분석. • 복합 자기회로 해석: 공극 포함 시 기자력 합산 원리를 적용하며, 누설자속 등 실제 시스템 오차 요인 고려. |
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[70강] 자기회로(2), 자성체에서의 포텐셜에너지와 힘
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자기회로, 포텐셜에너지와 힘
* 다항식 보간법: B-H 곡선 분석을 통한 자기회로 공극 및 철심의 기자력 계산 원리 이해 * 자성체 포텐셜에너지: 정전계 비교, 정자계 에너지 밀도($W_H = \frac{1}{2} B \cdot H$) 및 에너지 축적 원리 분석 * 자기회로 힘 계산: 가상일의 원리 적용하여 자성체에 작용하는 힘($F = \frac{B_{st}^2 S}{2\mu_0}$) 도출 및 활용 |
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[71강] 인덕턴스와 상호인덕턴스 (1)
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전자기학 71강. 인덕턴스와 상호인덕턴스 (1)
* 인덕턴스 기초: 자기/상호인덕턴스의 정의, 쇄교자속과 전류의 비를 통한 헨리(H) 단위의 개념 이해. * 인덕턴스 계산: 솔레노이드, 동축케이블, 토로이드 코일 등 기하학적 구조별 인덕턴스 유도 절차와 공식 분석. * 인덕턴스 응용: 에너지 관점의 인덕턴스 정의, 내부/외부 인덕턴스 구분 및 주파수에 따른 변화 (표피 효과) 탐구. |
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[72강] 인덕턴스와 상호인덕턴스 (2)
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인덕턴스 및 상호인덕턴스 계산
* **상호인덕턴스:** 두 회로 간 자기작용 정의, 자계 에너지 관계 및 $M_{12}=M_{21}$ 상반정리 이해. * **자기인덕턴스 계산:** 동축선로, 토로이드 등 다양한 인덕터 구조에서 권선수, 투자율 기반 공식 적용 원리. * **복합 인덕턴스 분석:** 동심 솔레노이드 시스템의 자기 및 상호인덕턴스를 내부 면적 자속 쇄교 기준으로 산정. |
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| 9장. 시간에 따라 변하는 전자계와 맥스웰 방정식 | ||
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[73강] 패러데이 법칙 (1)
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패러데이 법칙: 유도 기전력 및 맥스웰 방정식
• 패러데이 법칙: 시간에 따라 변하는 자기장이 전기장을 유도하는 전자기 유도 현상 및 기전력 발생 원리. • 렌츠의 법칙: 유도 기전력의 방향을 결정하며, 자속 변화를 상쇄하는 에너지 보존의 원리. • 맥스웰 방정식: 패러데이 법칙의 미분형($\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}$)으로 전자기 유도와 전자파 발생의 핵심 구조 설명. |
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[74강] 패러데이 법칙 (2)
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패러데이 법칙 (2): 운동 기전력
• **운동 기전력 개념**: 자계 내 도체 움직임으로 유도되는 전압 현상, 로렌츠 힘 기반 운동 전계($E_m = V \times B$) 원리 이해. • **전체 유도 기전력**: 자속 변화와 도체 이동에 따른 기전력 합으로 구성, 패러데이 법칙 일반화 공식 적용 및 계산. • **렌츠의 법칙 및 시스템 분석**: 유도 기전력 방향 결정, 평행 도체 시스템 자속($\Phi=Byd$) 및 기전력($V_{emf}=-Bvd$) 계산. |
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[75강] 변위전류
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변위전류 개념 및 맥스웰 방정식 보완
• 변위전류 개념: 맥스웰 방정식의 불완전성 해결을 위해 도입된, 시간에 따른 전속밀도 변화(`∂D/∂t`)로 정의되는 가상의 공간 전류. • 수정된 암페어 주회 법칙: 변위전류 항(`∂D/∂t`)을 추가하여 기존 법칙과 전류 연속 방정식 간의 모순을 해결한 맥스웰의 네 번째 방정식. • 변위전류 역할: 전도·대류전류와 함께 전자기 현상을 완전 설명하며, 특히 비전도 매질에서 전자기파 발생의 핵심 근원. |
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[76강] 미분형, 적분형 맥스웰 방정식
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맥스웰 방정식의 미분형 및 적분형 분석
* **맥스웰 방정식:** 전자기 현상 통합 설명; 미분형(미시적 장 상호유도 및 원천)과 적분형(거시적 실험 법칙 일반화)으로 구성. * **핵심 개념:** 가우스 전계/자계 법칙, 패러데이 유도 법칙, 암페어 주회 법칙을 통해 전계와 자계의 원천 및 상호 관계(변위 전류 포함) 분석. * **적용 원리:** 매질 보조 방정식(유전율, 투자율, 도전율), 경계 조건 도출, 완전 도체에서의 전자기장 특성 분석 및 활용. |
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[77강] 지연전위 및 지연자위
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지연전위 및 지연자위 개념과 적용
• 지연전위 및 지연자위: 시간에 변하는 전자기장에서 패러데이 법칙 불일치 해소를 위한 수정된 전위 및 자위 정의. • 벡터 자위 A 발산 조건: 유일한 벡터 자위 정의를 위해 $\nabla \cdot A = -\mu\epsilon \frac{\partial V}{\partial t}$ 조건 활용. • 지연시간: 전자기파의 유한 전파 속도를 반영, 이전 전하/전류 분포가 현재 전위/자위를 결정하는 원리. |
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| 10장. 전송선로 | ||
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[78강] 전송선로 전파의 물리적 설명
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전송선로 전파의 물리적 설명
* 전송선로 개념: 전기에너지 및 신호 전송 매개체로, 파장 대비 선로 길이에 따라 집중 소자 또는 분포 소자 모델로 해석 * 전송선로 파동 전파: 무손실 조건에서 전압파·전류파의 진행, 반사, 충전/방전 과정 및 파동 속도($\nu = 1/\sqrt{LC}$) 정의 * 전송선로 분석: 맥스웰 방정식 기반 전자계 해석 또는 회로 모델을 이용한 전압·전류값 계산 방법 활용 |
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[79강] 전송선로 방정식, 무손실 전파
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전송선로 방정식 및 무손실 전파 개념
• 전송선로 방정식: 균일 전송선로에서 전압·전류의 파동 거동을 KVL·KCL 기반 R, L, C, G 상수 포함 텔레그래피스트 방정식으로 유도. • 무손실 전파: $R=0, G=0$ 조건에서 파동 방정식이 단순화되며, 파동속도 $v = 1/\sqrt{LC}$로 정의. • 특성 임피던스 $Z_0$: 무손실 선로의 전압/전류 비율($\sqrt{L/C}$)로, 정방향/역방향 파동의 V-I 관계를 설명. |
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[80강] 정현파 전압의 무손실 전파, 정현파 파동의 복소수 해석, 전송선로 방정식과 페이저 형태의 해
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정현파 전압의 전파 및 복소수 해석, 전송선로 방정식 해
• 정현파 신호 전파: 위상 속도, 위상 상수, 파장 등 진행파 및 반사파의 기본 파라미터 이해. • 페이저 복소수 분석: 오일러 항등식 기반 정현파 정상 상태 페이저 변환 및 정재파 개념 적용. • 전송선로 파동 방정식 해: 전파 상수(감쇠, 위상) 및 특성 임피던스 정의, 무손실 선로 특성 분석. |
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[81강] 저손실 전파, 전력 전송과 손실 특성화
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저손실 전파와 전력 전송 및 데시벨 활용
• 저손실 전파 조건: 감쇠/위상 상수 및 특성 임피던스 분석과 헤비사이드 조건에 따른 무왜곡 전파 원리 이해. • 전력 전송 손실: 순간/시간 평균 전력의 지수적 감쇠 원리 및 표피 효과로 인한 주파수별 손실 증가 현상 분석. • 데시벨(dB) 활용: 전력 손실의 정량화 측정 및 다단계 시스템에서의 손실 합산 계산 절차 적용. |
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[82강] 불연속에서의 파동 반사
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불연속에서 파동 반사
• 파동 반사 개념: 전송선로 불연속 지점에서 발생하는 현상으로, 반사계수 및 전송계수를 통한 파동 변화 정량 분석 • 정합 조건: 최대 전력 전달을 위해 반사계수를 0으로 만드는 부하-선로 임피던스 일치 원리 및 공액 정합 조건 이해 • 전력 손실 분석: 반사계수 기반 전력 비율 계산과 선로 감쇠율을 통한 시스템 총 손실 평가 및 최적화 방법 |
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[83강] 전압정재파비(VSWR)
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전압 정재파비 (VSWR) 개념 및 측정 기술
• 전압정재파비(VSWR): 전송 선로에서 부하 임피던스를 측정하는 지표로, 선로 내 최대/최소 전압 진폭의 비율로 정의됨. • 슬롯 선로를 활용한 VSWR 측정: 전압 프로브로 전압 진폭 변화를 측정하며, VSWR은 반사 계수($|\Gamma|$)와 직접적인 관계를 통해 부하의 정합 정도를 파악함. • VSWR 및 반사 계수($\Gamma$)를 이용한 부하 임피던스 계산: 측정된 값과 관계식을 활용하여 미지 부하 임피던스를 도출하고 전송 선로 특성을 분석함. |
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[84강] 유한한 길이의 전송선로, 전송선로의 몇 가지 예들
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전자기학 유한 길이 전송선로 분석
• 유한 길이 전송선로: 임피던스 부정합 시 발생하는 반사파 및 전압/전류 분포를 분석하여 순수 전력 전달 파악 • 반파장 및 1/4 파장 선로: 부하 임피던스 등가 특성 및 임피던스 변환기로서의 정합 원리 이해 • 전송선로 특성 파라미터: 반사계수($\Gamma$), 정재파비($s$), 입력 임피던스($Z_{in}$)를 활용한 전압, 전류, 전력 계산 방법 학습 |
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[85강] 도시법 (1)
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스미스 도표와 전송선로 문제 해결 (Smith Chart)
• 스미스 도표: 전송선로 복소 임피던스, 반사계수, 정재파비 등 복소수 문제를 시각적으로 해결하는 핵심 그래픽 도구. • 구성 및 원리: 정규화 임피던스 기반으로 저항/리액턴스 곡선, 반사계수 원을 활용해 부하 및 입력 임피던스를 도표에 표시. • 주요 기능: 선로 길이에 따른 임피던스 변화, 전압 최대/최소점, 정재파비(SWR) 계산 및 어드미턴스 도표로 분석 확장. |
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[86강] 도시법 (2)
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스미스 도표를 활용한 전송선로 분석 및 정합
* 스미스 도표 개념: 임피던스-어드미턴스 변환 원리 및 전송선로 파라미터 계산 방법. * 전송선로 분석: 입력 임피던스, 정재파비 계산 및 실험 데이터 기반 부하 임피던스 결정 절차. * 임피던스 정합: 단락 스터브를 이용한 병렬 임피던스 매칭 원리 및 실제 적용 과정. |
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[87강] 도시법 (3)
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도시법 (3): 스미스 도표를 이용한 단락 스터브 정합
* **단락 스터브 정합:** 스미스 도표와 어드미턴스를 활용해 부하 임피던스를 특성 임피던스에 정합시키는 고주파 회로 설계 기술. * **스미스 도표 활용:** 어드미턴스 변환을 통해 스터브 위치($d$) 및 단락 스터브 길이($d_1$)를 결정하는 정합 절차와 계산 원리. * **전송선로 분석:** 정재파비($s$), 파장($\lambda$), 주파수($f$), 반사 계수($\Gamma$)를 활용한 부하 임피던스 및 정합 전후 선로 특성 평가. |
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[88강] 과도현상 분석 (1)
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전송선로 과도현상 분석: 파동 전파 및 반사
• 전송선로 과도현상: 계단 함수 인가 시 발생하는 전압·전류 파동의 전파 및 부하 불일치로 인한 반사 현상 분석. • 반사계수: 부하 및 전지 반사계수($\Gamma_L, \Gamma_G$)를 활용하여 파동의 동적 변화와 정상상태 도달 과정 정량화. • 전송선로 매개변수: 표피효과로 인한 $R, L$의 주파수 의존성 이해 및 최종 정상상태 전압·전류 계산. |
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[89강] 과도현상 분석 (2)
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과도현상 분석 (2) - 초기 충전 선로
* **초기 충전 선로 과도현상**: 스위치 단락 시 전압파 및 전류파의 진행과 반사 원리로 선로 방전 과정을 분석. * **정합/비정합 선로 특성**: 저항 ($R_g$)과 특성 임피던스 ($Z_0$) 관계를 통한 방전 속도 및 펄스 생성 메커니즘을 이해. * **전압/전류 파형 분석**: 반사계수를 활용하여 저항 전압 ($V_R$) 및 전류 ($I_R$)의 시간 함수적 변화를 예측하고 제어. |
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| 11장. 균일 평면파 | ||
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[90강] 자유공간 내에서 전파
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자유공간 내 균일 평면파 전파 원리 및 특성
* 균일 평면파 기본 개념: 자유공간에서 맥스웰 방정식에 기반한 전계·자계 및 진행 방향이 상호 직교하는 횡전자기파(TEM 파) 원리 이해. * 파동방정식 분석: 맥스웰 방정식에서 유도된 파동방정식 해를 통해 위상 속도, 파수, 파장 등 전파 특성을 정의하고 페이저로 표현. * 핵심 관계 및 전력 전달: 전계와 자계의 비인 고유 임피던스 개념을 정립하고, 포인팅 벡터를 통해 전자기파의 전력 전달 방향과 크기 분석. |
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[91강] 유전체 내에서 전자기파의 전파 (1)
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유전체 내 전자기파 전파 (1)
• 유전체 전자기파 전파: 복소수 전파 상수 $jk = \alpha + j\beta$를 통해 진폭 감쇠($\alpha$) 및 위상 변화($\beta$) 특성 규명. • 복소 유전율과 손실: 유전율 허수부 $\epsilon''$가 전자기파 손실 및 감쇠 유발, 침투 깊이와 고유 임피던스에 영향. • 매질 전파 특성 및 응용: 무손실/손실 매질의 전계/자계 위상·고유 임피던스 차이 비교, 전자레인지의 복소 유전율 기반 에너지 흡수 원리. |
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[92강] 유전체 내에서 전자기파의 전파(2), 포인팅 정리와 전자기파 전력
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유전체 내 전자기파 전파와 포인팅 정리
• 유전체 내 전자기파 전파: 복소 유전율 및 손실 탄젠트 개념으로 전도성 매질의 전자기파 감쇠 특성과 에너지 손실을 분석 • 양호한 유전체 근사: 손실 탄젠트 조건 하에 감쇠 상수, 위상 상수, 고유 임피던스 등 전자기파 전파 매개변수의 근사식 유도 • 포인팅 정리 및 전력 분석: 전자기파의 전력 흐름과 에너지 보존 원리를 설명하며, 포인팅 벡터로 순시 및 시평균 전력 밀도를 계산하여 에너지 전달 및 감쇠를 파악 |
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[93강] 양도체 내의 전자파 전파: 표피 효과
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양도체 내 전자파 전파: 표피 효과
* 양도체 전자기파 전파 특성: 높은 도전율로 인한 전도전류 발생, 산란손실 및 감쇠상수·위상상수 분석. * 표피 효과 원리: 도체 내부 전자기파의 지수적 감쇠, 투과깊이(표피두께)와 주파수 간 반비례 관계 규명. * 표피 효과 응용 및 영향: 고주파 도체 저항 증가, 전력 손실, 전송선로 설계, 무선 통신에서의 중요성. |
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[94강] 파 편파
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전자기파 편파의 종류와 특성
• 전자기파 편파 정의: 전계 벡터의 공간-시간적 방향 변화를 기술하며, 선형, 타원, 원형 편파로 분류. • 선형/타원 편파: 전계 성분 진폭 및 위상차에 따라 전계 벡터가 직선 또는 타원을 그리는 현상. • 원형 편파 및 활용: 동일 진폭과 $\pm\pi/2$ 위상차로 전계 벡터가 원을 그리며, 안테나 수신, 광학 통신에 활용. |
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| 12장. 평면파 반사와 분산 | ||
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[95강] 수직 입사각에서 균일평면파 반사
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평면파 반사와 분산 기초
• 평면파 반사 및 투과: 서로 다른 매질 경계면에서 균일 평면파의 수직 입사 시 발생하는 반사파와 투과파의 거동 원리 및 경계 조건 이해 • 반사계수($\Gamma$)와 투과계수($\tau$): 파동 진폭 및 위상 변화를 정량화하며, 매질의 고유 임피던스($\eta$)를 활용한 계산 및 $\tau=1+\Gamma$ 관계 파악 • 전반사, 정재파 및 전력 전달: 완전 도체 경계에서의 전반사 조건과 정재파 형성 원리, 에너지 보존 법칙을 통한 전력 밀도 계산 및 분산성 매질의 영향 분석 |
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[96강] 정재파비
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정재파비 (Standing Wave Ratio)
• 정재파비: 전압/전계 최대-최소 진폭비로 반사계수와 연계, 임피던스 불일치 및 매칭 정도를 정량화. • 전계 최대/최소 위치 결정: 반사계수 위상에 따라 최대/최소 위치($z_{max}, z_{min}$)와 파장 간격($\lambda/2, \lambda/4$)을 파악. • 전계 순시 표현: 입사파와 반사파의 간섭으로 형성되는 진행파 및 정재파의 전파 분포 분석. |
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[97강] 다중경계면으로부터 파의 반사
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다중 경계면으로부터 파의 반사
• 다중 경계면 파동 반사: 유한 두께 매질에서 발생하는 다중 반사·투과 현상 및 정상상태 파동 분석. • 파동 및 입력 임피던스: 완전 투과를 위한 반파장·쿼터 파장 정합 조건 설정 및 반사율 계산. • 굴절률과 임피던스 변환: 광학 매질 특성 표현 및 다층 구조의 점진적 임피던스 변화로 광대역 무반사 코팅 구현. |
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[98강] 임의의 방향에서의 평면파 반사
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임의의 방향으로의 평면파 전파
• 임의 방향 평면파 표현: 파 벡터 $\mathbf{k}$를 이용해 균일 평면파의 전파 방향과 위상을 정의하고, 페이저 형태 $E_s = E_0 e^{-j\mathbf{k} \cdot \mathbf{r}}$로 수학적 표현. • 파 벡터 $\mathbf{k}$ 역할: 전파 방향, 단위 거리당 위상 변화를 나타내며, 포인팅 벡터 방향과 일치하는 에너지 흐름 방향을 결정. • 파장, 위상 속도, 주파수 특성: 관찰 방향에 따라 파장과 위상 속도가 변화하며, 특정 축 방향 위상 속도는 매질 내 광속보다 빠를 수 있으나 주파수는 불변성 유지. |
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[99강] 경사 입사 경우의 평면파 반사
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경사 입사 경우의 평면파 반사
• 경사 입사 평면파 반사 원리: 입사각, 반사각, 투과각 관계를 스넬의 굴절 법칙으로 결정하며, 경계 조건에 따른 각도 동일성 원리를 적용. • p-편파와 s-편파: 전계 방향에 따른 편파 유형을 정의하고, 각 편파별 반사 및 투과 계수 공식을 통해 전력 비율을 계산. • 반사 계수 특성: 음의 반사 계수는 전계의 반대 방향(180° 위상 변화)을 나타내며, 완전 도체 경계면에서는 편파 무관 완전 반사가 발생. |
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[100강] 경사 입사파의 완전 반사와 완전 투과
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경사 입사파의 완전반사 및 완전투과
• 완전반사 원리: 굴절률 $n_1 > n_2$ 조건에서 입사각이 임계각($\sin\theta_c = n_2/n_1$) 이상일 때 전자기파가 전력 반사되는 광학 현상, 광도파로 및 프리즘 응용. • 브뤼스터각 (편광각): p-편파 전자기파가 완전투과되는 특정 입사각($\tan\theta_B = n_2/n_1$), 반사파가 s-편파로만 구성되어 편광 선글라스에 활용. • 전자기파 반사/투과 특성: s-편파와 p-편파에 따른 반사계수($\Gamma$) 변화 및 임계각/브뤼스터각을 통한 완전반사·완전투과 현상 분석. |
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[101강] 분산 매질에서의 전파
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전자기학 101강. 분산 매질에서의 전파
* 분산 매질 정의: 복소 유전율이 주파수에 따라 변하여 굴절률 변화, 각분산 및 흡수가 발생하는 매질. * 파동 전파 분석: ω-β 다이어그램으로 매질 특성 분석 및 맥놀이 현상 시 반송파와 포락선 개념 적용. * 위상 속도 및 군속도: 반송파와 포락선의 속도로, ω-β 다이어그램 기울기를 통해 전파 속도와 분산 특성 계산. |
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[102강] 분산 매질에서 펄스의 확장
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분산매질에서 펄스의 확장
• 분산매질 펄스 확장: 분산매질 내 전자파 펄스의 스펙트럼 성분별 군속도 차이로 인한 펄스 폭 확장 현상 및 가우시안 펄스 푸리에 변환 분석. • 분산 파라미터 $\beta_2$: $\beta(\omega)$ 테일러 급수 전개를 통해 정의되는 펄스 넓어짐 계산 지표로, 최종 펄스 폭 $T' = \sqrt{T^2 + (\beta_2 \frac{1}{T} z)^2}$ 예측. • 첩 현상 및 변환 제한 펄스: 분산으로 인한 펄스 순시 주파수 변화(첩)와 펄스 확장 최소화를 위한 최적 펄스(변환 제한 펄스) 이해. |
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| 13장. 유도파 | ||
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[103강] 전송선로의 필드와 1차 상수 (1)
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전송선로의 필드와 1차 상수 (1)
* 전송선로 및 도파로 개념: 전자기장 관점에서 유도파, TEM/TE/TM 모드 및 전송 매체별 특성 차이를 이해 * 1차 상수 유도 및 분석: 평행판, 동축선, 2선 전송선 구조에서 R, L, G, C 및 특성 임피던스(Z0)를 고주파/저주파 조건에 따라 계산 * 마이크로스트립 선로: 평면 도체와 유전체 기판으로 구성된 전자기 회로 소자의 구조 및 동작 원리 파악 |
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[104강] 전송선로의 필드와 1차 상수 (2), 기본 도파로 동작
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전송선로 및 도파로의 필드와 동작 원리
• 마이크로스트립 선로 분석: 준 TEM 근사법을 적용하여 실효유전율과 특성 임피던스를 계산하는 절차 및 전파 특성 정의. • 도파로 모드와 전파 조건: 전송선로의 TEM 파와 다른 TE, TM 모드의 형성 원리 및 차폐 주파수에 따른 파동 전달 조건 확립. • 도파로 종류 및 활용: 평행판, 사각, 원통형 등 다양한 도파로의 구조적 특징과 고주파 및 광통신 시스템에서의 응용 분야 이해. |
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[105강] 평행평판 도파관에서 평면파의 해석
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평행판 도파관 평면파 해석
• 평행판 도파관 평면파 모델: 파각 조정 및 동일 위상 파면 유지를 통한 도파 모드 형성 조건과 파동 벡터 성분 정의. • 횡공진 및 차폐: 횡공진 조건과 차폐 주파수($\omega_{cm}$), 차폐 파장($\lambda_{cm}$)을 활용한 모드 전파 가능 여부 결정 원리. • 파동 속도 및 에너지 전달: 위상속도($v_{pm}$)와 에너지를 전달하는 군속도($v_g$)의 정의 및 특성 분석. |
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[106강] 파동방정식을 이용한 평행판 도파로 해석
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파동방정식을 이용한 평행판 도파로 해석
• 평행판 도파로 TE 모드 해석: 파동방정식과 경계조건 적용을 통한 전계 및 자계 분포 유도. • 모드 수 $m$: 전계의 공간적 반주기 수 정의, 차폐 주파수 및 파장과의 관계 규명. • 도파로 분산과 군속도: 주파수 변화에 따른 군속도 변화 설명, 차폐 주파수 기반 전파 조건 제시. |
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[107강] 사각형 도파로(1)
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사각형 도파로 개념 및 특성
• 사각형 도파로: 초고주파 영역 전자기파 전송 구조로, 도체 경계면 특성상 TEM 모드 없이 TE/TM 모드만 지원. • 필드 성분 분석 원리: 맥스웰 방정식을 통해 횡방향 필드 성분($E_x, E_y, H_x, H_y$)이 Z 방향 성분($E_z, H_z$)의 도함수로 표현됨. • TE/TM 모드 해법: $E_z$ 또는 $H_z$에 대한 파동방정식을 X, Y 방향 모드 수($m, p$)로 변수 분리하여 전자기장 모드 해를 결정. |
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[108강] 사각형 도파로(2)
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사각형 도파로의 모드 해석 및 응용
* 사각형 도파로 모드: TM 및 TE 모드의 파동 방정식 해법과 경계 조건 적용을 통한 필드 성분 및 전파 특성 분석. * 차폐 주파수 및 모드 전파: 차폐 주파수($f_c$)와 파장($λ_c$) 정의, 동작 주파수($f$) 대비 전파 조건, $TE_{10}$ 기본 모드의 최저 차폐 특성. * 사각형 도파로 응용: 기존 전송 선로 고주파 한계(모드 분산, 손실) 극복, 고전력 저손실 전송 장점 및 단일 모드 유지를 위한 크기 제약. |
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[109강] 평면 유전체 도파로
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평면 유전체 도파로 개념 및 특성
* 평면 유전체 도파로: 금속 도파로 손실 해결을 위해 굴절률 높은 슬래브 코어와 낮은 클래딩 경계면의 전반사 원리를 활용하는 광학 파동 전송 구조 * 전반사 조건 및 TE/TM 모드: 임계각 이상의 입사각을 통한 전력 전반사 유도, 슬래브 내 파동 전파 및 클래딩에서의 지수적 감소 표면파 형성 원리 * 도파로 모드 특성: 차폐주파수, 고유 방정식, 횡 공진 조건을 통해 파악되며, 특정 파장에서의 단일 모드 동작 조건($\lambda > 2d\sqrt{n_1^2 - n_2^2}$) 결정 |
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[110강] 광섬유
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광섬유의 기본 원리 및 모드 분석
• 광섬유 기본 원리: 코어-클래딩 구조에서 전반사 원리로 빛을 전송하며, weak-guidance 근사를 통해 LP모드로 분석. • LP모드 분석: 베셀 함수 기반 파동 방정식 해로 모드 매개변수 정의, 정규화된 주파수(V수)로 모드 차폐 조건 도출. • 단일모드 광섬유: V수 2.405 미만에서 동작하며, 모드 계 반경은 광섬유 연결 및 위상 상수 분석에 핵심. |
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| 14장. 전자기방사와 안테나 | ||
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[111강] 기초방사원리 : 헤르츠다이폴
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기초방사원리: 헤르츠 다이폴
• 헤르츠 다이폴: 시변 전류 분포에 의한 전자기 방사의 기본 모델로, 지연된 벡터 포텐셜을 활용하여 전계 및 자계 유도 • 필드 해석: 전류원으로부터의 거리에 따라 근거리 필드(비방사성)와 원거리 필드(방사성, 구면파) 특성 분석 • 방사 패턴: E 평면 및 H 평면에서 필드 세기 분포를 시각화하여 안테나의 방사 특성 이해 |
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[112강] 안테나의 사양
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안테나 사양의 핵심 개념 및 계산
* 안테나 사양 핵심: 입체각, 방사세기, 지향성 등 안테나의 전력 방사 특성 및 공간적 분포를 정량화하는 기본 지표. * 지향성 및 3-dB 빔폭: 등방성 방사체 대비 특정 방향 전력 집중도를 측정하고, 최대 전력 절반 지점의 사이각으로 안테나 빔 특성을 분석. * 안테나 이득 및 방사효율: 입력 전력 대비 실제 방사 성능과 손실을 고려한 효율성을 측정하며, 지향성과 상호 연동. |
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[113강] 자기 다이폴
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자기 다이폴 안테나 및 전자기 이중성
* 자기 다이폴 안테나: 원형 전류 루프 기반 안테나로, 전자기 이중성 원리를 활용하여 전기 다이폴 필드와 연관된 필드 성분 분석. * 전자기 이중성 원리: 소스 없는 맥스웰 방정식의 대칭성을 이용, E/H 필드 및 매질 상수 변환으로 전기/자기 다이폴 필드 상호 유도. * 원거리 필드 근사 ($kr \gg 1$): 안테나 원거리 조건에서 필드 성분을 간소화하여 $E_\phi^s, H_\theta^s$와 같은 주요 방사 필드 성분만 분석. |
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[114강] 가는선 안테나(1)
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가는 선 안테나 개념 및 특성 분석
• 가는 선 안테나 (다이폴): 개방된 전송선로 형태, 공급점 기준 사인파 전류 분포 형성. • 헤르츠 다이폴 중첩 모델링: 원거리 전계 위상 고려, 안테나 길이 증가에 따른 빔 패턴 변화 및 부엽 발생 분석. • 안테나 성능 지표: 방사 세기, 총 방사 전력, 지향성, 방사 저항을 통한 특성 평가. |
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[115강] 가는선 안테나(2)
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가는 선 다이폴 및 모노폴 안테나 특성 분석
• 다이폴 안테나 특성: 전력 밀도 비율 계산과 안테나 길이에 따른 지향성 분석. • 반파장 다이폴 안테나: 공진 상태의 73 $\Omega$ 방사 저항과 임피던스 정합, 단일 엽 동작의 핵심 특성. • 모노폴 안테나 및 필드 분석: 영상법 기반 다이폴 절반 구조 이해와 자기장·전기장·포인팅 벡터 계산 원리. |
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[116강] 두 요소의 배열
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두 요소의 배열
* **두 요소의 배열**: 단일 안테나 지향성 한계 극복, 패턴 증배 원리를 통한 E/H평면 패턴 조절. * **원거리 필드 근사화**: 위상차 및 배열 계수를 이용한 전계 계산과 H평면 패턴 분석. * **브로드사이드/엔드파이어 배열**: 전류 위상($\psi$) 및 소자 간 간격($d$) 조정으로 최대 방사 방향 제어. |
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[117강] 균일한 선형 배열
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균일한 선형 배열 (Uniform Linear Array)
• 균일한 선형 배열: 소자 개수 $N$, 간격 $d$, 위상차 $\alpha$를 통해 방사 패턴을 형성하는 안테나 시스템 구성 원리 • 배열 계수 및 $\psi$ 값: $\psi = \alpha + kd \cos\phi$ 기반의 배열 함수($A_N$)로 주 빔 방향, 빔폭, 부 엽 수를 제어하는 핵심 메커니즘 • 브로드사이드·엔드파이어 배열: 위상차 $\alpha$ 조정을 통해 주 빔을 배열에 수직(브로드사이드, $\alpha=0$) 또는 배열 축(엔드파이어, $\alpha=-kd$) 방향으로 지향성 제어 |
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[118강] 수신기로서의 안테나(1)
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수신기로서의 안테나: 송수신 상호성 및 전력 계산
* 수신 안테나의 송수신 상호성: 송신 및 수신 패턴의 동일성과 Z/Y 파라미터 기반 2포트 네트워크 모델로 시스템 분석 * 가역 정리: 선형 매질에서 상호 임피던스/어드미턴스 파라미터($Z_{12}=Z_{21}$)의 동일성을 확립하고 수신 패턴과 방사 패턴의 동일성 증명 * 수신 전력 최적화: 부하 공액 정합($Z_L=Z_{22}^*$)으로 최대 전력 전달을 달성하고, 유효 면적($A_e$)으로 수신 효율을 정량화 |
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[119강] 수신기로서의 안테나(2)
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수신 안테나의 유효면적과 지향성 관계
• 수신 안테나 유효면적: 안테나의 수신 전력 특성을 정량화하는 개념으로, 전력 밀도와 정합된 부하의 소모 전력 간의 관계 정의. • 유효면적-지향성 관계: 가역정리에 기반한 $A_e = \frac{\lambda^2}{4\pi} D$ 공식을 통해 모든 안테나에 적용되는 보편적 특성 분석. • 프리스 전달 공식: 자유공간 통신에서 두 안테나 간 송수신 전력비를 지향성, 파장, 거리로 계산하는 핵심적인 도구. |
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백주기 교수님
전자기학(전기자기학) 통합과정
