등전위선과 전기장(예비)

소개글

일반물리학실험레포트입니다

목차

1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법

본문내용

1. 실험목적
주어진 전극 배치에 대해 등전위선과 전기력선을 그려봄으로써 전위와 전기장의 개념을 이해한다.
2. 실험원리
점전하 q와 q′사이에는 쿨롱의 법칙에 의해서 다음과 같은 힘이 작용한다.
여기서 K는 상수로 이고, r은 두전하 사이의 거리이며, r은 단위 벡터이다. 임의의 점전하 q가 다른 전하로 인해 생긴 전기장 E로 인해 힘 F를 받을 때 그 점에서 의 전기장은
로 정의되고 벡터량이다. 이때 그 점의 전위 V는 단위 전하당의 위치 에너지로 정의된다. 그러므로 전하 q에서 거리 r만큼 떨어진 위치에서의 전위는
이 되고 스칼라량이다. 이 식에서 점전하 q에서 방사상으로 같은거리 r만큼 떨어진 점의 집합인 구의 표면이 전위가 같은 등전위면이다. 이와 같이 전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을 2차원에서는 등전위선을 이룬다.
전기장 E하에서 전하 q를 한점에서 다른점으로 dl만큼 이동시키는데 필요한 일 dW는 다음 식과 같이 주어진다.
여기서 dV는 두 점사이의 전위차이며, (-)부호는 전기장의 반대방향으로 일을 하는 것을 뜻한다. W와 q의 단위가 각각 joule과 coulomb이면, 전위 V의 단위는 Volt로 주어진다.
등전위선 위 두 점의 전위차 dV=0이므로 등전위선을 따라 전하를 이동시키는데 필요한 일 dW=0이다. 식 (23.4)로부터 미소변위 dl을 접선 방향이라 가정하면 등전위선 위 접선방향 성분의 전기장 크기는 0이다. 따라서 전기장의 방향은 등전위선에 수직이며 그 방향으로의 미소변위를 dl이라 하면 E와 V사이의 관계식은 다음과 같다.

참고 자료

없음