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1. 정전기
1.1. 정전기 발생 원리
정전기(static electricity)는 두 물체 이상의 상대 운동으로 인해 발생하는 현상이다. 대표적인 예로 마찰 전기(triboelectricity)가 있는데, 이는 두 물체를 문지를 때 발생하는 정전기 현상이다. 이때 문지르는 과정에서 전자가 한 물체에서 다른 물체로 이동하면서 서로 다른 전하가 생성된다. 이렇게 생성된 두 대전체 사이에는 서로 밀어내는 힘인 척력(斥力)과 서로 끌어당기는 힘인 인력(引力)이 작용하게 된다.
예를 들어, 깡통에 (-)대전체를 가까이 가져가면 대전체와 먼 쪽에는 (-)전하, 가까운 쪽에는 (+)전하가 유도된다. 반대로 (+)대전체를 가져가면 대전체와 먼 쪽에는 (+)전하, 가까운 쪽에는 (-)전하가 유도된다. 이러한 정전기 유도 현상은 1753년 영국 과학자 존 캔턴과 1762년 스웨덴 교수 요한 칼 빌케에 의해 발견되었다.
정전기 유도 현상을 관찰하기 위해 사용되는 장치가 검전기(electroscope)이다. 검전기에 (-)대전체를 가까이 가져가면 전자가 아래로 이동하여 두 금속박이 (-)전하로 대전되어 벌어진다. 반대로 (+)대전체를 가까이 가져가면 전자가 위로 이동하여 두 금속박이 (+)전하로 대전되어 벌어진다.
이처럼 정전기는 두 물체의 상대 운동에 의해 발생하며, 이때 생성된 대전체 간의 정전기력으로 인해 척력과 인력이 작용한다. 또한 정전기 유도 현상을 통해 대전체와의 거리에 따른 전하 분포를 알 수 있으며, 이를 관찰할 수 있는 검전기를 이용하여 정전기 현상을 쉽게 이해할 수 있다.
1.2. 정전기 유도 현상
정전기 유도 현상은 물체에 대전체를 가까이하면, 자유 전자가 이동하여 대전체와 가까운 쪽에는 대전체와 다른 전하, 먼 쪽에는 같은 전하가 유도되는 현상이다. 이는 영국인 과학자 존 캔턴이 1753년에, 스웨덴인 교수 요한 칼 빌케가 1762년에 발견한 것이다.
예를 들어 깡통에 (-)대전체를 가까이하면, 대전체와 먼 쪽은 (-)전하가 유도되고 대전체와 가까운 쪽은 (+)전하가 유도된다. 반대로 깡통에 (+)대전체를 가까이하면, 대전체와 먼 쪽은 (+)전하가 유도되고 대전체와 가까운 쪽은 (-)전하가 유도된다. 이를 통해 정전기 유도 현상에 의해 물체 내부의 전하가 재배치되는 것을 알 수 있다."
1.3. 검전기를 이용한 정전기 관찰
검전기를 이용한 정전기 관찰은 정전기 유도 현상을 관찰하기 위해 이용되는 장치이다. 검전기는 두 개의 금속박이 달려있는 장치로, (-)대전체를 갖다 대면 전자가 아래로 이동하여 두 금속박이 (-)전하로 대전되어 벌어지게 된다. 반대로 (+)대전체를 갖다 대면 전자가 위로 이동하여 두 금속박이 (+)전하로 대전되어 벌어지게 된다. 이처럼 검전기를 통해 정전기 유도 현상을 관찰할 수 있다. 검전기는 정전기 실험에서 전하의 종류와 성질을 알아내는 데 사용되어 왔다. 이러한 검전기를 이용한 실험을 통해 우리는 정전기 현상에 대한 이해를 높일 수 있다.
2. 전류, 전압, 저항
2.1. 전류의 정의와 단위
전류(current)는 단위 시간 동안에 흐른 전하의 양을 의미한다. 이는 수식 I = dQ/dt로 표현할 수 있다. 이 때 I는 전류, Q는 전하량, t는 시간을 나타낸다. 전류의 단위는 암페어(A)로, 1암페어는 1초당 1쿨롱(C)의 전하가 흐르는 것을 의미한다.
금속과 같은 도체에서 전자가 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 전류가 잘 흐른다. 역사적으로 전자의 존재를 몰랐던 학자들은 전류가 양극에서 음극으로 흐른다고 정의했지만, 현재에는 전자의 흐름으로써 전류가 형성되는 것으로 알려져 있다. 즉, 전류는 실제로 전자가 음극에서 양극으로 흐르는 것으로 이해된다."
2.2. 전압의 개념과...
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