1급 전파공학전기통론빈출 낮음

한 개의 도선에 흐르는 전류량과 주파수 변화와의 관계는?

주파수의 제곱에 비례한다

높은 주파수일수록 증가한다

높은 주파수일수록 감소한다

주파수와 무관하다

상세 해설

정답 해설

표피효과(skin effect)는 교류 전류가 도체 표면에 집중되는 현상으로, 주파수가 높아질수록 전류가 도체 표면 가까이에만 흐릅니다. 침투 깊이(skin depth)는 $δ = \frac{1}{π f μ σ}$ 로 정의되며, 주파수( $f$ )에 반비례합니다. 여기서 $μ$ 는 투자율, $σ$ 는 도전율입니다. 예를 들어 구리 도체에서 60Hz일 때 $δ \approx 8.5 mm$ 이지만, 1MHz에서는 $δ \approx 0.066 mm$ 로 줄어듭니다. 전류가 흐르는 유효 단면적이 감소하므로 실효 저항이 증가하고, 결과적으로 같은 전압에서 전류량이 감소합니다.

학습 팁

표피효과: 주파수↑ → 침투깊이( $δ$ )↓ → 유효단면적↓ → 저항↑ → 전류↓. 대책: 리츠선(Litz wire), 은도금, 관형(중공) 도체 사용. 침투깊이 공식 $δ = \frac{1}{π f μ σ}$ 에서 $f$ ↑이면 $δ$ ↓임을 기억하세요.

오답별 해설

1. 주파수의 제곱에 비례한다

전류량은 주파수의 제곱에 비례하지 않습니다. 표피효과에 의한 실효 저항 증가는 주파수의 제곱근( $f$ )에 비례하며, 전류 감소도 이에 따릅니다.

2. 높은 주파수일수록 증가한다

높은 주파수에서 전류는 증가하지 않고 감소합니다. 표피효과로 인해 전류가 흐르는 유효 단면적이 줄어들어 저항이 증가하고, 옴의 법칙( $I = V / R$ )에 의해 전류가 감소합니다.

4. 주파수와 무관하다

주파수와 무관하지 않습니다. 표피효과는 주파수에 따른 대표적인 현상이며, 고주파 회로 설계에서 반드시 고려해야 합니다. 이 때문에 고주파용 도체는 표면적을 넓힌 리츠선(Litz wire)을 사용합니다.