23장 등전위선과 전기장

소개

2009년도 일반물리학 실험 보고서입니다.
성적은 A+이구요.
모두 잘 써주세요.
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목차

23장 등전위선과 전기장
예비보고서목차
1.실험목적
2.실험원리
3.실험기구 및 재료
4.실험방법 및 구상
결과보고서목차
1.측정값
2.실험결과
3.질문 및 토의
4.결론 및 검토

본문내용

1. 실험 목적
-등전위선과 전기장의 개념을 이해하고 주어진 전극 배치에 대해 등전위선과 전기장을 그려봄으로써 등전위선의 모양과 전기장의 방향을 확인한다.
2. 실험 원리
-점전하 와 사이에는 쿨롱법칙에 의해서 다음과 같은 힘이 작용한다.
(23.1)
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
(23.2)
로 정의되고 벡터량이다. 이때 그 점의 전위 는 단위 전하당의 위치 에너지로 정의된다. 그러므로 전하 에서 거리 만큼 떨어진 위치에서의 전위는
(23.3)
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.
(23.4)
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



4. 결론 및 검토
이번 실험은 이론으로만 알고 있던 등전위선과 전기장의 방향이 서로 수직인가에 대해 실험으로서 증명해 보이는 실험이었다.
실험 자체는 전도성 종이 위에 펜으로 전극의 모양을 그린 후 전극에 연결해서 전압이 0인 지점을 찾는 실험으로 그리 복잡하지 않았다. 그런데 실험 초반 부분에 멀티미터를 직류측정이 아닌 교류측정으로 잘못 셋팅하고 측정해서 초반에 한 실험은 다 잘못하여 다시하여야 했다. 초반에 실험을 잘못하지만 않았어도 시간이 남아 다른 모양도 할 수 있었을 텐데 아쉬웠다. 그래도 실험 결과는 만족스럽게 나왔다.
처음에는 0인 부분을 찾기가 힘들었는데 한번 찾은 뒤에 전기장의 방향과 수직인 방향 쪽으로 예상하고 그 쪽으로 움직이니 우리의 예상과 같이 0인 부분을 더 찾기 쉬웠다. 하지만 등전위선을 측정할 때, 멀티미터의 단자들을 누르는 힘의 세기에 따라 전압이 달라졌다. 힘을 일정하게 유지하는 것이 힘들었기 때문에 이 부분에서 오차가 발생할 수 있는 것 같다.
말로만 들었던 물리 이론을 직접 실험으로 증명해 볼 수 있어서 좋았다.

참고자료

· 없음