전자기학 Electromagnetics | 권원현 지음 | 생능출판사

 

저자: 권원현

판형: 4×6변형판(190×240) / 2도

쪽수: 584쪽

발행일: 2021년 8월 16일

가격: 30,000원

ISBN: 978-89-7050-517-6 93560

출판사: (주)생능출판사

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전자기학은 태초에 천지가 창조된 이후 지금까지의 모든 자연현상, 특히 자연계에서 일어나는 다양한 물리적, 전기적 현상들을 설명하기 위하여 정립되고 발전되어 온 학문분야이다. 전자기학은 오늘날의 4차 산업혁명이 오기까지 필요한 모든 문명과 기술들의 원리와 이론을 제공해 온 핵심 교과목으로 전기와 관련된 모든 현대 문명기술들이 전자기학을 기반으로 이루어졌다 해도 과언이 아니다. 이런 이유로 전기, 전자, 통신, 소재, 컴퓨터 등 ICT 관련 분야를 전공하는 학생들이 반드시 학습하고 이해하여야 하는 기본 교과목이다.

전자기학은 다른 어떤 교과목에 비해서도 체계적이고 논리적인 학문분야라고 단언한다. 전자기학을 공부하는 학습자들이 겪는 어려움의 대부분은 체계성으로 표현되는 전자기학의 큰 흐름보다는 나열식으로 수많은 이론이나 법칙들을 학습하여야 하기 때문에 생기는 일이다. 이 책에서는 전자기학의 큰 틀인 “숲(체계, 흐름)”을 이해함으로써 쉽게 “나무(이론, 법칙, 응용)”들을 학습할 수 있도록 체계적으로 내용을 전개하였다.

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이 책의 구성과 특징

본 교재는 대학 교육과정을 기준으로 2, 3학년 중상급 학습자가 쉽게 학습할 수 있는 수준으로 구성하였으며, 이미 오래전 완성된 이론의 유도나 증명 과정보다는 개념 위주의 설명과 산업적 활용 및 응용분야 위주로 구성하였다. 또한 이론 위주로만 구성된 기존의 전자기학 교재들의 한계를 극복하기 위하여 국가자격시험 등의 수험서 내용을 상호 보완 결합함으로써, 학습자들이 학습서와 수험서로 동시에 활용 가능하도록 하였다.

전자기학은 전계와 자계 및 전자기파 등의 에너지를 다루는 학문으로 자연계의 기본법칙인 “에너지보존법칙”을 이용하여 모든 현상들을 체계적으로 설명한다. 전자기학의 사전적 의미는 ‘전기현상·자기현상 그리고 전자기현상에 대한 전반적인 사항들을 연구하는 학문’이다. 전기현상과 자기현상은 상호 대응되는 현상으로 에너지보존법칙의 일종인 쌍대성 원리에 따라 전계에서 존재하는 모든 현상과 개념들이 자계에도 무조건 존재하게 된다. 이 책은 이러한 상호 연관성을 갖는 전계와 자계를 체계적으로 비교, 서술하여 이해도와 학습효과를 높일 수 있도록 구성하였다. 전자기학은 힘과 에너지를 다루는 분야이므로 기본 소양으로 벡터와 좌표계, 페이저 등의 신호표현 방법을 소개한다. 이를 바탕으로 전기현상과 관련된 기본 법칙들과 활용분야를 학습하고, 이를 이용하여 전기현상과 일대일대응관계인 자기현상의 법칙들과 응용분야를 학습한다. 전기현상과 자기현상을 유기적으로 결합하면 맥스웰 방정식으로 표현되는 전자기 유도현상과 전자파 전파현상들을 재미있게 이해할 수 있게 되며, 다양한 산업적 응용예제들을 활용하여 학습효과를 높일 수 있다.

 

[학습목표]

해당 단원에서 학습하여야 하거나 습득해야 할 내용을 제시하였다.

 

[이론 전개]

개념위주 설명과 산업적 활용 방안 등의 실제적인 내용으로 단원별로 구성하였으며, 법칙이나 공식 등의 유도와 증명 과정은 가급적 단순화하거나 연습문제로 부여하여 핵심주제에 대한 집중도를 높였다.

 

[기본예제 및 연습문제]

이론 학습과정에서 습득한 내용들을 기본예제를 통하여 확인하고 검증할 수 있도록 하였으며, 심화학습이 가능하도록 다양한 연습문제를 제시하였다.

 

[학습비타민]

복잡한 전자기학 법칙이나 이론 등의 배경을 인물이나 역사적 사실들을 이용하여 소개함으로써 학습자들의 흥미와 이해를 높일 수 있도록 하였다.

 

[기출문제 출제방향 분석 및 문제해설]

해당 단원과 관련된 국가 자격시험 기출문제들을 소개하여 학습자가 스스로 수준평가를 할 수 있도록 유도하였으며, 문제별로 출제방향과 해설, 쉬운 풀이방법 등을 제공하여 효과적인 자격시험 대응이 가능하도록 하였다. 기출문제는 필자가 최근 10년간 전기자기학 기사 및 산업기사 출제문제들의 단원별 분포와 경향을 분석한 결과를 바탕으로 출제빈도가 높거나 필수적인 문제들을 위주로 수록하였다.

 

[부록]

전자기학 학습에 활용하여야 할 내용을 부록으로 정리하였다. 다양한 물질상수와 단위계, 벡터 대수와 관련한 사항을 수록하였으며, 특히 A.3 ICT 핵심수학 단원에서는 전자기학 교과를 비롯한 ICT 전공자들이 필수적으로 알아야 하는 수의 체계와 복소수, 교류 정현파 신호의 페이저 표기법, 미분방정식, 삼각함수 공식과 미적분 공식 등을 쉽게 요약하여 수록하였다.

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지은이 소개

권원현

연세대학교에서 학사, 석사, 박사학위를 받은 후, 삼성전자 무선사업부에서 무선휴대단말 개발팀을 이끌다 현재까지 안양대학교 교수로 재직하고 있다. 주요 연구분야로는 이동통신, 방송통신기술, 무선부품 설계 및 모델링, 전자파 전파전파, 전자기 해석, 학습자 주도 Life Design 프로그램 개발 등이다. 무선방송통신기술의 법, 제도 개선을 위해 국가기관의 여러 연구반을 함께 운영하고 있으며, 관련 분야 학술활동과 기술개발에 기여하고 있다. 특히, 전자기학의 효율적인 온라인 학습이 가능하도록 한국형 온라인 공개강좌(K-MOOC)에 전자기학 교과를 개설하여 운영하고 있다.

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이 책의 차례

CHAPTER 01 벡터 해석

1.1 물리량의 벡터표현

1.1.1 스칼라양과 벡터양

1.1.2 벡터의 정의

1.2 벡터의 곱셈

1.2.1 벡터의 내적

1.2.2 벡터의 외적

1.3 벡터의 미분 및 적분

1.4 다양한 좌표계

1.4.1 직각좌표계

1.4.2 원통좌표계

1.4.3 구좌표계

1.4.4 좌표계에서의 벡터 연산

연습문제

기사 및 산업기사 기출문제

기출문제 출제방향 분석 및 문제해설

 

CHAPTER 02 정전계와 전위

2.1 쿨롱의 법칙과 전계의 정의

2.1.1 전하량과 전기

2.1.2 쿨롱의 법칙: 전하량 사이에 작용하는 힘

2.1.3 전계강도

2.2 연속적인 전하분포로부터의 전계

2.3 전기력선과 전속 및 전속밀도

2.4 가우스 법칙과 응용

2.5 전계의 발산과 발산정리

2.6 전위차와 전위

2.6.1 전기적 일

2.6.2 전위차와 전위

2.7 다양한 전하분포로부터의 전위

2.8 전위경도

2.9 정전기에너지

연습문제

기사 및 산업기사 기출문제

기출문제 출제방향 분석 및 문제해설

 

CHAPTER 03 도체, 유전체 및 정전용량

3.1 전류와 전류밀도

3.2 물질의 종류와 도체

3.3 도체 특성과 경계조건

3.4 반도체

3.5 유전체 특성과 경계조건

3.6 정전용량

3.6.1 정전용량

3.6.2 콘덴서 회로와 에너지 충전

3.7 도체계 해석

3.8 전계의 특수한 풀이법

3.8.1 라플라스 및 푸아송 방정식

3.8.2 전기영상법

연습문제

기사 및 산업기사 기출문제

기출문제 출제방향 분석 및 문제해설

 

CHAPTER 04 정상자계

4.1 자하로부터의 자계

4.2 비오사바르 법칙을 이용한 자계구하기

4.2.1 비오사바르 법칙

4.2.2 비오사바르 법칙을 이용한 자계구하기

4.3 암페어 주회법칙을 이용한 자계구하기

4.3.1 암페어의 주회법칙

4.2.2 암페어 주회법칙을 이용한 자계구하기

4.4 자계의 회전과 스토크스 정리

4.5 정전계, 정자계의 맥스웰 방정식

4.6 스칼라 자위와 벡터 자위

연습문제

기사 및 산업기사 기출문제

기출문제 출제방향 분석 및 문제해설

 

CHAPTER 05 자기력, 자성체 및 인덕턴스

5.1 운동전하에 작용하는 자기력

5.2 전류선소에 작용하는 자기력

5.2.1 미소전류소에 작용하는 힘

5.2.2 두 전류소 사이에 작용하는 힘

5.2.3 다양한 자기효과

5.3 폐회로에 작용하는 자기력

5.4 자화와 자성체 사이의 경계조건

5.5 자성체의 종류와 특성

5.6 자기회로

5.7 인덕턴스

5.7.1 인덕턴스

5.7.2 다양한 인덕턴스 예

5.7.3 인덕터 회로

5.8 자계에 저장되는 에너지와 응력

연습문제

기사 및 산업기사 기출문제

기출문제 출제방향 분석 및 문제해설

 

CHAPTER 06 전자유도현상과 교류전자파

6.1 패러데이 법칙과 전자유도현상

6.2 유도전계와 발전기

6.3 변위전류

6.4 교류전자파의 맥스웰 방정식

6.5 교류전자파 신호의 페이저 표현

연습문제

기사 및 산업기사 기출문제

기출문제 출제방향 분석 및 문제해설

 

CHAPTER 07 전자파의 전파특성

7.1 전자파의 발생과 균일평면파

7.2 전자파의 전력전달과 포인팅 벡터

7.3 전자파의 파동방정식과 파동정수

7.4 자유공간에서의 전자파 전파특성

7.5 유전체에서의 전자파 전파특성

7.6 도체에서의 전자파 전파특성

연습문제

기사 및 산업기사 기출문제

기출문제 출제방향 분석 및 문제해설

 

CHAPTER 08 전자파의 반사와 투과, 전송선로

8.1 전자파의 편파현상

8.2 전자파의 반사, 굴절 및 투과

8.2.1 경계면에 수직입사하는 전자파의 전달특성

8.2.2 경계면에 비스듬히 입사하는 전자파의 전달특성

8.3 전송선로의 에너지 전달특성

8.3.1 전송선로방정식

8.3.2 전송선로의 회로정수 관계식

8.3.3 전송선로에서의 에너지 전달과 반사

연습문제

기사 및 산업기사 기출문제

기출문제 출제방향 분석 및 문제해설

 

부록

A.1 물질상수와 단위계

A.2 벡터 대수

A.3 ICT 핵심수학

 

연습문제 정답