[기출문제] 전남대 일반물리학(대학물리학) 2023-2 중간 기출문제 (정답 포함)

1. 줄에서 전파되는 횡파의 파동식이
y(x,t)=0.020sin(4.0x−10t) (SI 단위)
와 같이 주어졌을 때, 
1) 각파수 k와 각진동수 ω의 값을 쓰시오.
2)이 파동의 위상속도 v를 구하시오.

2. 패러데이의 전자기 유도 법칙과 렌츠 법칙을 각각 서술하시오.
또한 “유도전류는 왜 렌츠 법칙의 방향을 따를 수밖에 없는가?”를 에너지 보존 관점에서 설명하시오.

1. 파동식:
y(x,t)=0.020sin(4.0x−10t)
일반형: sin(kx−ωt)
1) k=4.0 rad/m
ω=10 rad/s
2) 위상속도
𝑣=𝜔/𝑘=10/4 =2.5m/s

2. 패러데이 법칙은 자기선속이 시간에 따라 변화하면 폐회로에 기전력이 유도된다는 법칙이다.
유도기전력의 크기는 자기선속 변화율에 비례하며, 다음과 같이 주어진다.
𝜀=−𝑑Φ𝐵/𝑑𝑡
여기서 음의 부호는 렌츠 법칙을 의미한다.
렌츠 법칙은 유도전류가 자기선속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다는 법칙이다. 즉, 증가하는 자기장은 감소시키는 방향으로, 감소하는 자기장은 증가시키는 방향으로 유도전류가 흐른다.
유도전류가 항상 렌츠 법칙을 따르는 이유는 에너지 보존 법칙 때문이다. 만약 유도전류가 자기선속 변화를 강화하는 방향으로 흐른다면, 외부에서 자기장을 변화시키는 데 추가로 에너지를 공급해야 하며, 이는 에너지 보존에 위배된다.
따라서 유도전류는 반드시 자기장 변화에 저항하는 방향으로 생길 수밖에 없다.