전자기학
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한국산업기술대학교 전자공학과 교수 남충모의 『전자기학』. 전기ㆍ전자공학의 핵심과목이지만 어렵기만 한 전자기학을 알기 쉽게 설명하는 교재다. 전자기학을 완벽하게 이해하면서 전체적 중요 개념과 법칙을 통찰하고 그를 실용적으로 활용하도록 인도한다. 정답은 물론, 풀이과정이 곁들여진 실용적 연습문제를 함께 실어 전자기학에 대한 이해를 도와주고 있다.
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출판사 리뷰
출판사 리뷰
알기 쉽게 설명하는 전자기학!
전자기학은 전기 및 전자공학의 핵심과목이지만 매우 어렵다. 젊은 공학도들에게 전자기학은 공부할 만한 것이고, 정말 필요한 것이라는 생각을 갖게 하기 위해, 필자(筆者)는 수년 동안의 강의를 통해 많은 고민을 하였다. 이 책을 통해 전자기학을 보다 더 완벽히 이해하고, 전체적인 중요 개념을 통찰하며, 개념과 법칙을 실용적으로 활용할 수 있기를 희망(希望)한다.
이 책의 특징
- 오른손만의 사용
일반 오른손 나사법칙을 활용하여 전자기학에 나오는 모든 벡터의 방향을 결정하도록 노력하였다.
- 전자계 상대개념의 도입
전류의 상대개념은 전압, 전계의 상대개념은 자계, 커패시터(capacitor)의 상대개념은 인덕터(inductor)라는 전기계(電氣界)와 자기계(磁氣界)의 상대 개념을 처음으로 도입하여 전계와 관련된 각종 법칙이 자계의 여러 법칙에 그대로 활용되고 있음을 강조하였다. 이는 3장의 전계 부분만 잘 배운다면, 5장의 자계 부분에서의 중요 법칙과 관련 수식을 쉽게 유도할 수 있다는 것을 의미하고, 전계와 자계에 대한 통찰력을 가질 수 있을 것으로 기대한다.
- 활용사례의 도입
고전적인 학문으로만 취급되는 전자기학이 현재에도 많이 활용되고 있음을 몇몇 활용 사례(capacitor와 inductor, 무선충전방식 등)를 통해 현재에도 살아 숨 쉬고 있는 학문임을 알도록 노력했다.
- 수식 전개의 단순화
기존 전자기학 책에서 설명한 수식 전개를 최대한 간편하게 유도하도록 노력하였다.
- 핵심요약과 실용적 연습문제의 도입
전자기학의 실용적인 내용을 제대로 알고 있는지 본문 내용에 문제와 해답(solution)을, 각 장 말미에 핵심요약, 연습문제의 답을 내기 위한 풀이과정(hint)과 정답(answer)을 넣어 전자기학을 좀 더 잘 이해하도록 기술하였다.
전자기학은 전기 및 전자공학의 핵심과목이지만 매우 어렵다. 젊은 공학도들에게 전자기학은 공부할 만한 것이고, 정말 필요한 것이라는 생각을 갖게 하기 위해, 필자(筆者)는 수년 동안의 강의를 통해 많은 고민을 하였다. 이 책을 통해 전자기학을 보다 더 완벽히 이해하고, 전체적인 중요 개념을 통찰하며, 개념과 법칙을 실용적으로 활용할 수 있기를 희망(希望)한다.
이 책의 특징
- 오른손만의 사용
일반 오른손 나사법칙을 활용하여 전자기학에 나오는 모든 벡터의 방향을 결정하도록 노력하였다.
- 전자계 상대개념의 도입
전류의 상대개념은 전압, 전계의 상대개념은 자계, 커패시터(capacitor)의 상대개념은 인덕터(inductor)라는 전기계(電氣界)와 자기계(磁氣界)의 상대 개념을 처음으로 도입하여 전계와 관련된 각종 법칙이 자계의 여러 법칙에 그대로 활용되고 있음을 강조하였다. 이는 3장의 전계 부분만 잘 배운다면, 5장의 자계 부분에서의 중요 법칙과 관련 수식을 쉽게 유도할 수 있다는 것을 의미하고, 전계와 자계에 대한 통찰력을 가질 수 있을 것으로 기대한다.
- 활용사례의 도입
고전적인 학문으로만 취급되는 전자기학이 현재에도 많이 활용되고 있음을 몇몇 활용 사례(capacitor와 inductor, 무선충전방식 등)를 통해 현재에도 살아 숨 쉬고 있는 학문임을 알도록 노력했다.
- 수식 전개의 단순화
기존 전자기학 책에서 설명한 수식 전개를 최대한 간편하게 유도하도록 노력하였다.
- 핵심요약과 실용적 연습문제의 도입
전자기학의 실용적인 내용을 제대로 알고 있는지 본문 내용에 문제와 해답(solution)을, 각 장 말미에 핵심요약, 연습문제의 답을 내기 위한 풀이과정(hint)과 정답(answer)을 넣어 전자기학을 좀 더 잘 이해하도록 기술하였다.
목차
목차
Chapter 01 전자기학 개론
1.1 전자기학의 이해 3
1.2 전자기학의 구성 5
1.3 전자기학의 역사 9
1.3.1 탈레스의 발견과 기록(기원전 600년 경) 11
1.3.2 쿨롱의 전기력과 자기력 법칙(1785년) 12
1.3.3 비오-사발트의 법칙(1821년) 14
1.3.4 암페어의 세 가지 법칙(1822년) 15
1.3.5 Ohm 전기저항 법칙(1827년) 18
1.3.6 Faraday 전자유도전압 법칙(1831년) - 발전의 기원 18
1.3.7 Maxwell 전자파 예견(1873년) 20
1.4 전자기학의 핵심개념 21
1.4.1 자유전자 - 전류를 형성하는 전기를 띠고 있는 입자 21
1.4.2 전압에 의한 전류의 발생 23
1.4.3 전류에 의한 자계의 발생 24
1.4.4 에너지 보존의 법칙과 전하 보존의 법칙 - 전자기학의 기본 법칙 25
1.4.5 전기적 재료와 수동소자 26
1.5 전자기학의 중요개념 29
1.5.1 SI 단위계(MKSA) 29
1.5.2 전자기학의 세 가지 보편 상수 30
1.5.3 전자기학의 기본적인 벡터 물리량들 32
1.5.4 평면각과 입체각 34
1.5.5 SI 접두어와 그리스 문자 36
1.5.6 전자기학에 사용되는 SI 유도단위들 37
1.6 전자기학의 용어통일 41
1.6.1 상이(相異)한 표현 41
1.6.2 오류적 표현 44
핵심요약 / 46
Chapter 02 벡터와 좌표계
2.1 벡터의 정의 53
2.2 벡터 가감산 57
2.2.1 벡터 덧셈 57
2.2.2 벡터 뺄셈 58
2.3 벡터 곱셈 60
2.3.1 스칼라와 벡터 곱셈 61
2.3.2 벡터내적 61
2.3.3 벡터 외적 65
2.3.4 3중 벡터 곱셈 71
2.4 벡터 미분 72
2.4.1 벡터 미분 연산자 73
2.4.2 기울기 74
2.4.3 발산 75
2.4.4 회전 80
2.4.5 이중벡터 미분 85
2.5 Stoke 정리 87
2.6 Gauss 정리 92
2.7 좌표계 95
2.7.1 직각좌표계 95
2.7.2 원통좌표계 97
2.7.3 구좌표계 99
2.8 기타 전자기학에 필요한 수학적 도구 104
2.8.1 지수함수 중요 공식 104
2.8.2 log 함수 중요 공식 104
2.8.3 미분 중요 공식 105
2.8.4 적분 중요 공식 105
핵심요약 / 107
연습문제 / 111
Chapter 03 전계
3.1 대전현상 129
3.2 Coulomb 전기력 135
3.3 전계 142
3.3.1 전기력선 방정식 145
3.3.2 점전하 분포 상태의 전계 148
3.3.3 선전하 분포 상태의 전계 151
3.3.4 면전하 분포 상태의 전계 153
3.3.5 체적전하 분포의 전계 154
3.4 전압 156
3.5 전속밀도와 Gauss 법칙 166
3.6 Gauss 법칙을 활용한 전계와 전압 계산 170
3.6.1 점전하의 전계와 전압 계산 173
3.6.2 체적구전하의 전계와 전압 계산 175
3.6.3 동심구전하의 전계 및 전압 계산 181
3.6.4 직선전하의 전계 및 전압 계산 184
3.6.5 원통체적전하의 전계 및 전압 계산 186
3.6.6 동축원통전하의 전계 및 전압 계산 192
3.6.7 평판전하의 전계 및 전압 계산 194
3.7 Poisson과 Laplace 방정식 198
3.8 정전용량 201
3.8.1 도체구 정전용량 204
3.8.2 동심 도체구 정전용량 207
3.8.3 동축 케이블 정전용량 210
3.8.4 평행 선로선 정전용량 212
3.8.5 평행평판 정전용량 215
3.8.6 유전체가 다른 평행평판 정전용량 219
3.9 Capacitor 활용 222
3.9.1 DRAM capacitor(SES 구조) 222
3.9.2 Microphone(가변 capacitor) 225
3.10 전기쌍극자 229
3.11 유전체 분극 233
3.12 정전에너지 240
핵심요약 / 249
연습문제 / 252
Chapter 04 전류
4.1 전류의 정의 273
4.2 전류밀도 278
4.3 Ohm 법칙과 전기저항 284
4.4 저항 온도계수 290
4.5 Joule 열과 전력 295
핵심요약 / 301
연습문제 / 303
Chapter 05 자계
5.1 전계와 자계의 특성 311
5.1.1 전계와 자계의 상대성 312
5.1.2 전계와 자계의 복합성 313
5.2 Coulomb 자기력 317
5.3 Biot-Savart 법칙 322
5.3.1 유한 직선도선의 자계 계산 324
5.3.2 유한 환형도선의 자계 계산 329
5.4 Ampere 법칙 333
5.4.1 Ampere 오른손 나사 법칙 333
5.4.2 Ampere 주회적분 법칙(Ampere's circuital law) 335
5.4.3 Ampere 자기력 법칙 339
5.5 자기쌍극자 347
5.6 자성체 자화 351
5.7 회전에너지(torque) 359
5.8 유도용량 366
5.8.1 솔레노이드(solenoid) 369
5.8.2 토로이드(toroid) 372
5.9 Inductor 활용 376
5.10 자기에너지 380
핵심요약 / 389
연습문제 / 394
Chapter 06 전자유도와 전자기파
6.1 Faraday 전압법칙 417
6.2 Maxwell 방정식 430
6.3 Maxwell 전자기파 436
6.4 전자기 상대 법칙 452
6.5 전자기 물리량 관계도 455
핵심요약 / 460
연습문제 / 465
1.1 전자기학의 이해 3
1.2 전자기학의 구성 5
1.3 전자기학의 역사 9
1.3.1 탈레스의 발견과 기록(기원전 600년 경) 11
1.3.2 쿨롱의 전기력과 자기력 법칙(1785년) 12
1.3.3 비오-사발트의 법칙(1821년) 14
1.3.4 암페어의 세 가지 법칙(1822년) 15
1.3.5 Ohm 전기저항 법칙(1827년) 18
1.3.6 Faraday 전자유도전압 법칙(1831년) - 발전의 기원 18
1.3.7 Maxwell 전자파 예견(1873년) 20
1.4 전자기학의 핵심개념 21
1.4.1 자유전자 - 전류를 형성하는 전기를 띠고 있는 입자 21
1.4.2 전압에 의한 전류의 발생 23
1.4.3 전류에 의한 자계의 발생 24
1.4.4 에너지 보존의 법칙과 전하 보존의 법칙 - 전자기학의 기본 법칙 25
1.4.5 전기적 재료와 수동소자 26
1.5 전자기학의 중요개념 29
1.5.1 SI 단위계(MKSA) 29
1.5.2 전자기학의 세 가지 보편 상수 30
1.5.3 전자기학의 기본적인 벡터 물리량들 32
1.5.4 평면각과 입체각 34
1.5.5 SI 접두어와 그리스 문자 36
1.5.6 전자기학에 사용되는 SI 유도단위들 37
1.6 전자기학의 용어통일 41
1.6.1 상이(相異)한 표현 41
1.6.2 오류적 표현 44
핵심요약 / 46
Chapter 02 벡터와 좌표계
2.1 벡터의 정의 53
2.2 벡터 가감산 57
2.2.1 벡터 덧셈 57
2.2.2 벡터 뺄셈 58
2.3 벡터 곱셈 60
2.3.1 스칼라와 벡터 곱셈 61
2.3.2 벡터내적 61
2.3.3 벡터 외적 65
2.3.4 3중 벡터 곱셈 71
2.4 벡터 미분 72
2.4.1 벡터 미분 연산자 73
2.4.2 기울기 74
2.4.3 발산 75
2.4.4 회전 80
2.4.5 이중벡터 미분 85
2.5 Stoke 정리 87
2.6 Gauss 정리 92
2.7 좌표계 95
2.7.1 직각좌표계 95
2.7.2 원통좌표계 97
2.7.3 구좌표계 99
2.8 기타 전자기학에 필요한 수학적 도구 104
2.8.1 지수함수 중요 공식 104
2.8.2 log 함수 중요 공식 104
2.8.3 미분 중요 공식 105
2.8.4 적분 중요 공식 105
핵심요약 / 107
연습문제 / 111
Chapter 03 전계
3.1 대전현상 129
3.2 Coulomb 전기력 135
3.3 전계 142
3.3.1 전기력선 방정식 145
3.3.2 점전하 분포 상태의 전계 148
3.3.3 선전하 분포 상태의 전계 151
3.3.4 면전하 분포 상태의 전계 153
3.3.5 체적전하 분포의 전계 154
3.4 전압 156
3.5 전속밀도와 Gauss 법칙 166
3.6 Gauss 법칙을 활용한 전계와 전압 계산 170
3.6.1 점전하의 전계와 전압 계산 173
3.6.2 체적구전하의 전계와 전압 계산 175
3.6.3 동심구전하의 전계 및 전압 계산 181
3.6.4 직선전하의 전계 및 전압 계산 184
3.6.5 원통체적전하의 전계 및 전압 계산 186
3.6.6 동축원통전하의 전계 및 전압 계산 192
3.6.7 평판전하의 전계 및 전압 계산 194
3.7 Poisson과 Laplace 방정식 198
3.8 정전용량 201
3.8.1 도체구 정전용량 204
3.8.2 동심 도체구 정전용량 207
3.8.3 동축 케이블 정전용량 210
3.8.4 평행 선로선 정전용량 212
3.8.5 평행평판 정전용량 215
3.8.6 유전체가 다른 평행평판 정전용량 219
3.9 Capacitor 활용 222
3.9.1 DRAM capacitor(SES 구조) 222
3.9.2 Microphone(가변 capacitor) 225
3.10 전기쌍극자 229
3.11 유전체 분극 233
3.12 정전에너지 240
핵심요약 / 249
연습문제 / 252
Chapter 04 전류
4.1 전류의 정의 273
4.2 전류밀도 278
4.3 Ohm 법칙과 전기저항 284
4.4 저항 온도계수 290
4.5 Joule 열과 전력 295
핵심요약 / 301
연습문제 / 303
Chapter 05 자계
5.1 전계와 자계의 특성 311
5.1.1 전계와 자계의 상대성 312
5.1.2 전계와 자계의 복합성 313
5.2 Coulomb 자기력 317
5.3 Biot-Savart 법칙 322
5.3.1 유한 직선도선의 자계 계산 324
5.3.2 유한 환형도선의 자계 계산 329
5.4 Ampere 법칙 333
5.4.1 Ampere 오른손 나사 법칙 333
5.4.2 Ampere 주회적분 법칙(Ampere's circuital law) 335
5.4.3 Ampere 자기력 법칙 339
5.5 자기쌍극자 347
5.6 자성체 자화 351
5.7 회전에너지(torque) 359
5.8 유도용량 366
5.8.1 솔레노이드(solenoid) 369
5.8.2 토로이드(toroid) 372
5.9 Inductor 활용 376
5.10 자기에너지 380
핵심요약 / 389
연습문제 / 394
Chapter 06 전자유도와 전자기파
6.1 Faraday 전압법칙 417
6.2 Maxwell 방정식 430
6.3 Maxwell 전자기파 436
6.4 전자기 상대 법칙 452
6.5 전자기 물리량 관계도 455
핵심요약 / 460
연습문제 / 465
저자
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남충모
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