일반물리실험2 - 콘덴서 판을 이용한 쿨롱의 법칙(결과레포트)

소개

이공계대학교 1학년 교양과목인 `일반물리실험2`의 레포트입니다.

목차

1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험방법
4. 실험 장치

본문내용

1. 실험목적
일정한 전하로 대전되어 있는 두 도체판 사이에 나타나는 힘을 여러 가지 조건에서 살펴보고, 쿨롱의 법칙을 간접적으로 확인해 보는 것이다. 두 도체판 사이의 힘에 관계가 있는 도체판의 크기, 도체판 사이의 거리, 도체판 사이의 전압의 세가지 변인을 각각 통제하면서 다음과 같이 세가지 실험을 수행한다.
①일정한 전압을 유지한 채, 도체판 사이의 힘을 거리에 대한 함수로 측정
②도체판 사이의 거리를 일정하게 유지한 채, 도체판 사이의 힘을 전압에 대한 함수로 측정
③도체판의 크기를 다양하게 바꿔가며 도체판 사이의 힘을 측정

2. 실험원리
전기적 현상의 근본 요인인 전하 사이에 작용하는 힘은 프랑스의 물리학자이자 전기학자인 쿨롱(Charles Augustus Coulomb, 1736-1806)에 의해 밝혀졌다. 그는 금속선의 탄성과 비틀림을 연구하던 중 정밀한 비틀림 저울을 개발하였고, 비틀림 저울에서 되돌림힘의 크기가 비틀림각에 비례한다는 것을 알아냈다. 쿨롱은 이러한 지식을 기반으로, 밀힘(척력)을 작용하는 같은 부호의 경우에는 비틀림 저울의 금속선을 비틀고 그 금속선의 복원력과 전하 사이 거리의 관계를 조사하여, 전하사이의 밀힘의 크기는 거리의 제곱에 반비례한다는 것을 발견하였다. 그러나, 서로 다른 부호를 가진 전하의 경우에는 이러한 방법을 그대로 적용할 수가 없었다. 서로 다른 부호의 전하는 인력이 작용하여 서로 가까워 지다가 접촉하게 되면, 대전된 전하가 사라져 버리기 때문이다. 이에따라, 쿨롱은 전하사이의 인력으로 회전운동을 일으키고, 그 감쇠도(진동의 지속시간)에서 인력의 크기를 구하는 동역학적 방법을 이용하여 서로 다른 부호 사이의 척력도 거리의 제곱에 반비례한다는 것을 실험적으로 증명하였다. 이러한 쿨롱의 실험을 식으로 나타내면,
(쿨롱의 법칙) - ⓐ
으로 나타낼 수 있다.
위의 식을 좀더 정량적으로 나타내 보면,
- ⓑ
으로 나타낼 수 있다.

참고자료

· Fundamentals of Physics, 7th Edition. Chap.23, Chap.25.
· 쿨롱, 실험방법 - http://user.chollian.net/~mooner13/a722.htm
· 첨부된 사진들 - www.yahoo.com 이미지 검색, ‘Coulomb`s law`