[일반 물리학 실험]등전위선 실험보고서

소개글

수조를 이용한 등전위선 측정 실험 보고서 입니다.

목차

1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험 기구및 장치
4. 실험 방법
5. 실함 결과
6. 고찰

본문내용

목적 : 전기장이 형성된 수조 안에서 전극의 형태에 따른 등전위선의 모양 및 전기장의 방향을 실질적으로 등전위선을 측정하여 전기장의 개념을 이해한다.


원리 : 전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 시험전하 q가 이 전기장내에서 힘 F를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 E=F/q로 정의된다. 한편, 그 점의 전위 V는 단위전하당의 위치에너지로 정의된다. 전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는

그림 1 전기장과 등전위선
등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 하나의 점전하 Q가 만드는 전기장의 전기력선은 Q가 있는 점을 중심으로 하는 방사선이며(그림1(a 참조)), 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 동심구면이 된다. +Q의 점전하와 -Q의 점전하가 공간에 놓여 있을 때는 그림 1(b)와 같은 전기력선과 등전위면을 그릴 수 있다.
등전위면 위에서 전하를 이동시키는데 하는 일은 영이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서, 전기장의 세기는 그 면에 수직이다. 전기장이 일을 한다는 것은 정전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해가는 경우이므로, 전기력선은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다. 따라서, 전기장 E의 방향은 그 점에서 전위 V가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로 미소변위를 dl라 하면, E와 V 사이의 관계식은
V = -
또는
E =-n
이다. 따라서, 전기장 E는 등전위선(면)에 수직이 된다. n은 등전위면(선)에 수직인 단위벡터이다.
편의상 2차원 평면에 대해서 실험적인 이론을 생각해 보자. 즉, 어느 도체판의 두 단자를 통해서 전류를 흘릴 때, 도체판 내에서의 전류의 유선의 방향은 전기장의 방향을 나타낸다. 이 유선에 수직인 방향에는 전류가 흐르지 않으므로 전위차도 없다. 이와같은 점을 이은 선은 등전위선이 된다. 따라서, 도체판상의 두 점 사이에서 전류가 흐르지 않는다면, 이 두 점은 등전위선상에 있는 점이다.

참고 자료

대학생을 위한 기초 물리학
대학물리학 청문각 물리교재편찬위원회
HIGHTOP 물리II 두산동아, 김종원, 이강석