[예비] 등전위선

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본문내용

1. 목적
전기장이 형성된 도체판 위에서 전극의 형태에 따른 등전위선의 모양을 그리고 이로부터 전기장의 방향을 알아본다. 공간적으로 장이 형성되는 모양을 확장하여 생각해보고 우리가 살고 있는 실제 공간에 무수히 얽힌 전기장 및 자기장 등에 관한 관계들을 알아본다.
2. 이론
정전기학에서의 중요한 발견은 모든 전하를 띤 물체는 주변에 영향을 미치는 영역을 형성한다는 사실이다. 이 영역 안에 다른 전하가 들어오면 그 전하는 두 전하들의 부호에 따라 당기거나 밀치는 힘을 받게 된다. 의 전하를 가진 물체가 형성하는 힘의 장을 그려보기 위해서는 어떤 시험 전하 가 필요하다. 힘의 장은 벡터장이기 때문에 공간의 모든 점에서 크기와 방향을 갖는다.
이러한 힘의 장을 그려내는 데는 한 가지 문제가 있는데 그것은 실험에 사용된 시험전하 의 크기에 따라 달라지기 때문이다. 이러한 문제는 전기력을 그리는 대신
와 같이 정의되는 전기장을 그리면 해결된다. 전기장도 역시 벡터장으로서 그 크기는 점전하 의 경우, 다음과 같이 주어진다.
이 때 임의의 점에서의 방향은 시험전하가 그 점에서 받게 될 힘의 방향과 같다. 즉, 에 의한 전기장의 모양은 같은 전하에 의한 힘에 의한 장의 모양과 똑같이 나타난다. 그러나 두 벡터장의 크기는 배 만큼 차이가 난다.
이 실험에서는 여러 가지 전극의 모양에 따라 전기장의 크기와 방향을 알아보고자 한다. 그러한 것을 쉽게 알아보는 것이 등전위선을 찾아내는 것이다. 전위란 단위 전하 당 퍼텐셜 에너지로 정의된다. 따라서 두 점간의 전위가 같다면 두 점간의 퍼텐셜 에너지의 차이가 없다는 뜻이다. 즉, 등전위면 위에서 전하를 이동시키는데 필요한 일은 0이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서 전기장읜 그 면에 수직이다. 전기장이 일을 한다는 것은 전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해 가는 경오이므로, 전기력선은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다.

참고 자료

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