부산대학교 일반물리학실험2 등전위선과 전기장

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 결과에 대한 논의
7. 결론
8. 참고문헌 및 출처

본문내용

1. 실험 목적

직류 전원공급기를 이용해 원형 금속전극에 걸어준 뒤 전도성 종이에 나타나는 전극 배치에 대해 이론적으로 확인했던 등전위선과 전기력선을 전도성 종이에 그려보며 개념이 맞는지 확인하고 이해한다.

2. 실험원리

쿨롱 법칙이란 전하 와 를 갖는 대전된 두 입자가 거리 만큼 떨어진다면, 입자는 서로에게 다음 크기의 힘을 가한다.
여기서 의 값은 정전기 상수(electrostatic constant)로 이다. 임의의 점전하 가 다른 전하로 인해 생긴 전기장 로 인해 힘를 받을 때 그 점에서의 전기장은 로 정의 되며, 그 점의 전위 는 단위 전하당의 위치 에너지로 정의된다. 그러므로 전하 에서 거리 만큼 떨어진 위치에서의 전위는 이라는 공식이 나온다. 이 식을 보면 점전하 에서 방사상으로 같은 거리 만큼 떨어진 점의 집한인 구의 표면이 전위가 같은 등전위면임을 알 수 있다. 이와 같이 전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재하며, 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다.
전기장 하에서 전하 를 한 점에서 다른 점으로 만큼 이동시키는 데 필요한 일 는 다음 식은 이 된다. 여기서 는 두 점사이의 전위차이며, (-)부호는 전기장의 반대 방향으로 일을 하는 것을 뜻한다. 와 의 단위가 각각 Joule과 Coulomb이면, 전위 의 단위는 Volt로 주어진다.
등전위선 위 두 점의 전위차 는 0이므로 등전위선을 따라 전하를 이동시키는 데 필요한 일 도 0이다. 으로부터 미소 변위 을 접선 방향이라 가정하면 등전위선 위 접선 방향 성분의 전기장 크기는 0이다. 따라서 전기장의 방향은 등전위선에 수직이며 그 방향으로의 미소 변위를 이라 하면 와 사이의 관계식은 이 되고 은 등전위선에 수직인 단위 벡터이다.

참고 자료

일반물리학실험 5판(청문각)
부산대학교 일반물리학실험실 홈페이지
https://gplab.pusan.ac.kr/gplab/44349/subview.do
대학물리학 4판 Randall D. Knight (청문각)