23장 등전위선과 전기장

소개글

일반물리학실험

목차

2 . 실험목적
3 . 실험원리
4 . 실험기구 및 재료
5 . 실험방법 및 구상
6 . 참고문헌 및 출처

본문내용

2 . 실험목적
- 등전위선과 전기장의 개념을 이해하고 주어진 전극 배치에 대해 등전위선과 전기장을 그려봄으로써 등전위선의 모양과 전기장의 방향을 확인한다.
3 . 실험원리
- 점전하 와 사이에는 쿨롱법칙에 의해서 다음과 같은 힘이 작용한다.

여기서 는 상수로 이고, 은 두 전하 사이의 거리이며, 은 단위 벡터이다. 임의의 점전하가 가 다른 전하로 인해 생긴 전기장 로 인해 힘 를 받을 때 그 점에서의 전기장은

로 정의되고 벡터량이다. 이때 그 점의 전위 는 단위 전하당의 위치 에너지로 정의된다. 그러므로 전하 에서 거리 만큼 떨어진 위치에서의 전위는

이 되고 스칼라량이다. 이 식에서 점전하 에서 방사상으로 같은 거리 만큼 EJfdjwls 점의 집합인 구의 표면이 전위가 같은 등전위면이다. 이와 같이 전기장내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을 2차원에서는 등전위선을 이룬다.

전기장 하에서 전하 를 한 점에서 다른 점으로 만큼 이동시키는데 필요한 일는 다음 식과 같이 주어진다.

여기서 는 두 점 사이의 전위차이며, (-)부호는 전기장의 반대방향으로 일을 하는 것을 EMtgs다. 와 의 단위가 각각 joule과 coulomb이면, 전위 의 단위는 로 주어진다.

등전위선 위 두 점의 전위차 = 0 이므로 등전위선을 따라 전하를 이동시키는데 필요한 일 = 0이다. 식 (23.4)로부터 미소변위 을 접선 방향이라 가정하면 등전위선 위 접선 방향 성분의 전기장 크기는 0이다. 따라서 전기장의 방향은 등전위선에 수직이며 그 방향으로의 미소변위를 라 하면 와 사이의 관계식은 다음과 같다.

여기서 는 등전위선에 수직인 단위벡터이다. 등전위선에 수직인 방향은 단위 길이당 전위차가 최대인 방향이므로 전기장의 방향은 등전위선에 수직인 방향 즉 전위차가 최대인 방향이다.

참고 자료

일반물리학실험 - 부산대학교 물리학교재편찬위원회(청문각)