[서울대 물리실험 A+ 강좌탑] 등전위선

소개

두 전극 사이에서 발생하는 전기력선과 등전위선에 관한 실험입니다. 실험에서 얻은 데이터를 제가 Mathmatica 프로그램을 이용하여 비슷하게 시뮬레이션으로 벡터장과 선들을 구현해서 비교해보았습니다. 이렇게 시뮬레이션 비교 분석을 한 것이 높은 평을 사서 20점 만점에 20점을 획득하였습니다. 제가 조교였다면 +a를 줄 수 있다면 약 2~3점 정도 더 줬을 것 같습니다. 매우 잘썼습니다.

목차

1. 실험결과
2. 실험논의
3. 결론
4. 참고문헌

본문내용

1. 실험결과
1) 양 극에 동전을 놓았을 때 등전위면(전위차는 9V)

2) 양 극이 전극일 때 등전위면(전위차는 9V)

2. 실험논의
첫 번째 실험에서 양 극에 동전과 전극을 놓고 등전위점들을 찍어보았다. 그 결과 점들의 집합은 어떤 일정한 선 모양을 띄었고 그것들을 이으면 총 5개의 곡선이 나왔다. 그것은 첫 번째 실험데이터와 같다. 이것은 좌우로 대칭형을 띄었고 전극 쪽으로 갈수록 그 선이 휘었다. 이것을 이론적으로 먼저 분석한 다음에 실험에서 나온 데이터와 비교해 보도록 하자. 일단 양 극이 전극인 경우를 생각하자. 사실 이 실험은 두 점전하 사이에 분포한 전기장 벡터와 등전위면등을 관찰하기 위한 실험이지만 사실상 점전하를 가지고 실험하는 것이 힘들기 때문에 점전하 대신 두 전극을 놓고 전압 측정 흐름길을 써서 등전위선을 찾아내는 등 정지해 있는 전하에 의한 전기마당을 시늉내는 것이다. 그럼 이론적으로 먼저 살피기 위해 좌표평면에서 두 점전하에 의한 전기장과 전위를 해서적으로 구해보자. 그래서 임의의 (x, y)에서의 전기장과 전위를 구하고 이를 Mathematica를 이용하여 Vector field와 3D plot을 구성해보자. 그런데 이론식을 세우기에 앞서 한 가지 주의할 점이 있다. 이것은 우리가 흔히 알고 있는 3차원 공간에서의 두 점전하가 만드는 전기장과는 다르다. 이 실험에서는 ‘도체판’ 때문에 전자가 도체판으로만 이동하게 된다. 즉, 도체판을 xy평면이라고 했을 때 z축으로는 전자의 움직임이 없다는 얘기이다. 이를 수행하기 위해 두 점전하를 원통으로 보자.

참고자료

· Halliday, Resnick, Walker. 일반물리학2 개정4판. WIELY 1993 Pb. p734~771