문제풀이로 배우는 전기자기학

용도:
ㆍ 이 책은 전기전자기학 강의를 듣거나, 전기전자기학 교재를 읽으면서 공부하거나, 전기자기학의 기초를 복습하는 학생을 위한 학습 보조 및 보충 자료로서 적합하다.
ㆍ 이 책의 목표는 학생들이 가장 필수적인 자료를 빨리 찾을 수 있도록 돕는 것이다.

기본 콘셉트:
ㆍ 각 장에서 문제를 푸는 방법을 이해하는 데 필요한 개념, 정의, 법칙, 방정식들을 다룬다.
ㆍ 이 책은 물리학의 모든 개념들을 하나도 빠짐없이 상세히 다루고 있지 않다. 그 대신, 문제를 푸는 데 사용되는 대부분의 물리학 개념들을 다루고 있다.

전략:
ㆍ 모든 장에는 '문제풀이 방법'이 차근차근 설명되어 있어서 각 장의 맨 뒤에 나오는 문제들을 체계적으로 풀 수 있게 하고 있다.
ㆍ 이 책은 일반적인 물리 교과서에서 흔히 볼 수 있는 유형의 기본 문제들을 다루고 있다.

도움말:
ㆍ 모든 장에는 각 장을 대표하는 여러 개의 예제가 실려 있고 예제마다 단계별로 나뉘어 풀이와 설명이 이루어지고 있다. 이러한 예제들을 공부하면서 학생들은 각 장의 맨 뒤에 수록된 비슷한 연습문제들을 푸는 방법을 익히게 된다.
ㆍ 각 장의 연습문제에 수록된 모든 문제에는 답이 함께 표시되어 있다. 이 책의 맨 뒤에는 힌트, 중간 해답, 풀이 과정을 단계별로 안내하는 설명글, 그리고 문제를 풀 때 학생들이 흔히 맞닥뜨리는 사항들에 대한 설명이 실려 있다. 이 부분은 여러분이 문제를 푸는 것을 옆에서 도와주는 선생님과 같은 역할을 해준다.

1장 쿨롱 법칙 1
관련 용어 / 1
쿨롱 법칙 / 1
기호와 SI 단위 / 2
단위 관련 유의사항 / 2
필수 개념 / 3
미터법 접두어 / 4
거듭제곱 연산규칙 / 4
쿨롱 법칙 적용 방법 / 5
역제곱 법칙 / 6
기본 전하량 / 6
2장 전기장 11
관련 용어 / 11
전기장 방정식 / 11
기호와 SI 단위 / 12
단위 관련 유의사항 / 12
필수 개념 / 13
전기장 방정식 적용 방법 / 13
중요한 차이점 / 14
쿨롱 법칙과 전기장 / 15
3장 전기장의 중첩 19
필수 개념 / 19
중첩 방정식 / 19
기호와 SI 단위 / 20
중요한 차이점 / 21
중첩정리 적용 방법 / 21
알짜 전기장이 0이 되는 점을 구하는 방법 / 31
4장 전기장 분포 시각화하기 37
관련 용어 / 37
필수 개념 / 37
전기장 지도 작성 함수 / 38
기호와 SI 단위 / 40
알짜 전기장을 개념적으로 그리는 방법 / 40
전기장 지도를 그리는 방법 / 46
전기장 지도를 해석하는 방법 / 50
5장 정전 평형 55
관련 용어 / 55
필수 개념 / 55
정전 평형 방정식 / 55
기호와 SI 단위 / 56
중요한 차이점 / 57
정전 평형 상태를 해석하는 방법 / 57
6장 전자기학 학습을 위한 필수 미적분 67
다항식 미적분 방법 훑어보기 / 67
삼각함수 미적분 방법 훑어보기 / 72
치환적분 방법 훑어보기 / 74
다중적분 방법을 푸는 방법 / 78
좌표계 / 84
중요한 차이점 / 87
서로 다른 좌표계 사이의 변환 / 87
미소 요소 / 88
적분으로 호 길이, 표면적, 부피를 구하는 방법 / 88
7장 전기장 적분 93
관련 용어 / 93
전하 밀도 / 93
표기법 / 94
기호와 SI 단위 / 94
전기장 적분을 수행하는 전략 / 95
8장 가우스 법칙 117
관련 용어 / 117
가우스 법칙 / 118
기호와 SI 단위 / 118
필수 개념 / 119
가우스 법칙 적용 방법 / 122
자유공간의 유전율 / 124
9장 전위 153
관련 용어 / 153
전위 방정식 / 153
기호와 SI 단위 / 154
단위 관련 주의사항 / 155
중요한 차이점 / 155
전위를 구하는 방법 / 156
기호와 SI 단위 / 158
전위 적분을 수행하는 방법 / 159
10장 전하를 가진 입자의 운동 169
관련 용어 / 169
균일 전기장 방정식 / 170
기호와 SI 단위 / 171
균일 전기장 관련 문제의 풀이 방법 / 171
11장 등가 커패시턴스 177
관련 용어 / 177
커패시턴스 방정식 / 178
기호와 SI 단위 / 178
단위 관련 주의사항 178
커패시터 회로에 사용되는 회로 기호 / 179
기본 개념 / 179
단위 접두어 / 181
커패시터 회로를 해석하는 방법 / 182
12장 평행판 커패시터와 그 밖의 커패시터 191
관련 용어 / 191
커패시턴스 방정식 / 192
기호와 SI 단위 / 192
숫자 값 / 193
중요한 특징 / 193
평행판 커패시터를 해석하는 전략 / 193
커패시턴스 방정식을 유도하는 방법 / 196
13장 등가 저항 201
관련 용어 / 201
등가저항 방정식 / 202
기호와 SI 단위 / 202
단위 관련 주의사항 / 203
저항기 회로에 사용되는 회로 기호 / 203
기본 개념 / 203
단위 접두어 / 204
저항 회로를 해석하는 방법 / 204
14장 대칭성을 가지는 회로 215
관련 용어 / 215
기호와 SI 단위 / 216
저항기 회로에 사용되는 회로 기호 / 216
기본 개념 / 216
대칭성을 가진 회로를 해석하는 방법 / 217
15장 키르히호프 법칙 227
관련 용어 / 227
기호와 SI 단위 / 227
회로 기호 / 228
기본 개념 / 228
중요한 차이점 / 230
키르히호프 법칙을 적용하는 방법 / 230
16장 추가 저항 방정식 241
관련 용어 / 241
회로 기호 / 242
저항 방정식 / 242
기호와 SI 단위 / 244
단위 관련 주의사항 / 244
중요한 차이점 / 245
저항 회로를 해석하는 방법 / 246
저항 방정식을 유도하는 방법 / 247
17장 로그와 지수 255
관련 용어 / 255
기본 개념 / 255
로그 방정식과 지수 방정식 / 257
로그 함수와 지수 함수의 미분과 적분 / 257
로그 함수와 지수 함수의 그래프 / 258
18장 RC 회로 263
관련 용어 / 263
저항기 회로에 사용되는 회로 기호 / 264
RC 회로에서 커패시터의 방전 / 264
RC 회로에서 커패시터의 충전 / 265
RC 회로 방정식은 어떻게 유도되는가? / 265
기호와 SI 단위 / 267
단위 관련 주의사항 / 267
중요한 차이점 / 268
RC 회로를 해석하는 방법 / 268
19장 스칼라 곱셈과 벡터 곱셈 273
벡터 방정식 / 273
표기 방법 / 274
스칼라 곱을 구하거나 사용하는 방법 / 274
벡터 곱을 구하는 방법 / 275
20장 막대자석 279
관련 용어 / 279
기본 개념 / 279
중요한 차이점 / 280
자석의 동작 원리 / 280
기호와 SI 단위 / 281
나침반의 동작 원리 / 281
막대자석의 자기장의 방향을 구하는 전략 / 282
21장 자기력용 오른손 규칙 2852
관련 용어 / 285
기본 개념 / 285
중요 사항 / 286
기호와 SI 단위 / 286
특수 기호 / 287
양성자, 중성자, 전자 / 287
자기력용 오른손 규칙을 적용하는 방법 / 287
22장 자기장용 오른손 규칙 299
관련 용어 / 299
기본 개념 / 299
중요한 차이 / 300
기호와 SI 단위 / 300
특수 기호 / 301
회로 기호 / 301
자기장용 오른손 규칙을 적용하는 방법 / 301
23장 두 오른손 규칙의 결합 309
관련 용어 / 309
기본 개념 / 309
기호와 SI 단위 / 310
특수 기호 / 310
회로기호 / 311
오른손 규칙을 적용하여 한 전류가 다른 전류에 가하는 자기력을 구하는 방법 / 311
24장 자기력 317
관련 용어 / 317
자기력 방정식 / 317
기본 개념 / 318
양성자, 중성자, 전자 / 319
특수 기호 / 320
기호와 SI 단위 / 320
단위 관련 중요 사항 / 321
자기력을 구하는 방법 / 321
25장 자기장 331
관련 용어 / 331
자기력 방정식 / 331
특수 기호 / 332
기호와 SI 단위 / 332
중요한 차이점 / 333
자기장을 구하는 방법 / 333
자유공간의 투자율 / 335
26장 비오-사바르 법칙 347
관련 용어 / 347
전류 밀도 / 347
표기법 / 348
비오-사바르 법칙 / 348
특수 기호 / 349
기호와 SI 단위 / 350
비오-사바르 법칙의 적분을 수행하여 자기장을 구하는 방법 / 350
27장 암페어 법칙 373
관련 용어 / 373
암페어 법칙 / 374
전류 밀도 / 374
기호와 SI 단위 / 374
특수 기호 / 375
암페어 법칙을 적용하는 방법 / 375
중요한 차이점 / 377
28장 렌츠 법칙 393
관련 용어 / 393
기본 개념 / 393
특수 기호 / 394
기호와 SI 단위 / 394
회로 기호 / 395
렌츠 법칙을 적용하기 위한 전략 / 395
중요한 차이점 / 397
29장 패러데이 법칙 411
관련 용어 / 411
자속 방정식 / 412
패러데이 법칙 방정식 / 412
자기장 방정식 / 413
필수 개념 / 414
중요한 차이점 / 414
기호와 SI 단위 / 415
특수 기호 / 416
단위 관련 중요 사항 / 416
패러데이 법칙을 적용하는 방법 / 416
30장 인덕턴스 427
관련 용어 / 427
인덕턴스 방정식 / 428
회로에 사용되는 회로 기호 / 429
기호와 SI 단위 / 429
RL 회로에서 인덕터의 방전 / 430
LC 회로에서 인덕터 / 431
RLC 회로에서의 인덕터 / 432
필수 개념 / 433
단위 관련 중요 사항 / 433
인덕터 문제를 푸는 방법 / 434
인덕터 회로를 해석하는 방법 / 435
인덕턴스 방정식을 유도하는 방법 / 436
중요한 차이점 / 437
31장 AC 회로 443
관련 용어 / 443
AC 전원 공급기가 연결된 직렬 RLC 회로의 방정식 / 445
기호와 SI 단위 / 447
교류 회로에 사용되는 회로 기호 / 448
페이저(phasor, 위상자) / 449
RL 회로에서 인덕터의 방전 / 451
양호도(quality factor) / 452
실횻값 / 453
사인파의 실횻값 / 454
변압기 / 455
고역통과 필터와 저역통과 필터 / 456
중요한 차이점 / 457
AC 회로를 해석하는 방법 / 458
변압기 해석 방법 / 461
고역통과 필터 또는 저역통과 필터 해석 방법 / 461
관련 용어 / 473
32장 맥스웰 방정식 473
관련 용어 / 473
적분형 맥스웰 방정식(진공에서) / 474
로렌츠 힘 / 475
기호와 SI 단위 / 475
자기장에 대한 가우스 법칙 / 476
스토크스 정리 / 478
일반형 암페어 법칙 / 479
선적분으로 표시되는 패러데이 법칙 / 480
전기장과 자기장 사이의 대칭성 / 480
기울기, 발산, 회전(gradient, divergence, curl) / 481
미분형 맥스웰 방정식(진공에서) / 483
빛은 전자파의 한 종류이다 / 483
전자기 스펙트럼 / 484
포인팅 벡터 / 485
단위 관련 중요 사항 / 485
이번 장에 문제 풀이가 없는 까닭 / 486
힌트, 중간 해답, 설명 487
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Chris McMullen Chris McMullen

크리스 맥멀런(Chris McMullen)은 루이지애나의 노스웨스턴 주립대학교(Northwestern State University of Louisiana)에서 물리학을 가르치고 있으며 학술 서적을 저술하는 활동도 함께 하고 있습니다. 맥멀런 박사는 강의실이나 책에서 만나는 학생들에게 자신이 가진 지식을 나누어주는 것은 물론이고 학생들에게 배움의 동기를 부여하고 참여를 유도하는 일에도 큰 관심을 기울이고 있습니다. 그는 2002년 오클라호마 주립대학교(Oklahoma State University)에서 고에너지 물리학(high-energy physics)[입자 물리학((particle physics)] 분야에서 박사학위를 받았습니다. 캘리포니아 출신인 맥멀런 박사는 노스리지(Northridge)의 캘리포니아 주립 대학교(California State University)에서 전자스핀 공진(electron spin resonance) 분야에서 석사학위를 받았습니다. 맥멀런 박사는 물리 선생님으로 활동하는 동안에 많은 학생이 기본적인 수학 실력이 부족하여 어려움을 겪는 것을 목격했습니다. 모든 연령대의 학생이 자신의 수준에 맞춰 기본 수학 기술을 습득할 수 있도록 돕기 위해 맥멀런 박사는 산수, 분수, 대수, 삼각함수를 쉽게 배우는 데 활용할 수 있는 워크북 형식의 수학책을 「수학 실력 향상 시리즈(Your Math Fluency Series)」라는 이름으로 여러 권 출판했습니다. 맥멀런 박사는 물리학 교과서 이외에도 천문학과 화학의 기본 개념을 소개하는 책을 포함하여 다양한 과학 서적을 출판했습니다. 맥멀런 박사는 가르치는 일에 열정을 쏟고 있습니다. 그가 가르치는 동안에 교실에서 일어난 변화를 경험하고 그가 수업 시간에 이끄는 대화형 토론에 참여한 많은 학생과 이를 지켜본 사람들은 깊은 인상을 받았습니다. 맥멀런 박사는 학생들에게 물리학에 대한 관심과 재미를 불러일으키기 위해 칠판에 원숭이를 그려가며 물리학 예제와 문제를 푸는 강의법을 사용하는 것으로 유명합니다. 그는 학생들이 원숭이에게 바나나를 던지고 웃으며 스트레스를 풀면서 행복하게 물리학 공부를 하기를 바랍니다.