쿨롱의 법칙 실험 결과보고서

소개글

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목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 실험 안전유의사항
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 결론 및 검토
7. 참고문헌

본문내용

I. 실험 목적
1. 평행판 축전기를 사용하여 두 극판의 전압과 거리에 따른 전기력을 측정함으로써 전하 사이의 전기력에 관한 쿨롱법칙을 확인한다.

II. 실험 이론
1. 쿨롱(Coulomb)의 법칙

a. 두 점 전하 사이에 작용하는 `전기력(Electric Force)`에 관한 법칙이다.
b. 두 점전하 사이에 작용하는 힘은 거리의 제곱에 반비례하고, 각 전하의 전하량의 곱에 비례한다. 여기서 는 에서 를 향하는 단위벡터이고, 는 쿨롱 상수이다.
c. 가 에 작용하는 힘 은 Newton의 제3법칙, 즉 작용반작용의 법칙에 의해 이 에 작용하는 힘의 반대 방향이므로 와 같다.
d. 정전기력은 같은 종류의 전하 사이에는 척력으로 작용하고, 다른 종류의 전하 사이에는 인력으로 작용한다.

그림1. 전하들 사이에 작용하는 정전기력

2. 균일한 전기장 내에서의 전하의 운동
a. 양의 점전하 가 전기장 의 방향으로 거리 만큼 이동한다고 가정하면, 양의 점전하 에 작용한 전기력 는 이고, 전기장 방향으로 양전하가 이동하므로 전기력이 한 일은 이다.
b. 전기력은 보존력이므로 전기력이 한 일은 전기 위치 에너지의 감소와 같다. 즉, 이다.
c. 따라서 전위의 정의 즉, 단위 전하 당 전기 위치 에너지는 위치 에너지 변화로부터 라는 것이 주어지고, 여기서 (-)부호는 전위가 전기장의 방향으로 감소함을 의미한다. 또한, 균일한 전기장 내에서의 전위와 전기장의 관계는 이다.

그림2. 균일한 전기장 내에서의 양전하운동 및 전위

1. 전기선속과 가우스(Gauss) 법칙
a. 특정 면적을 통과하는 전기장에 의한 전기선속(electric flux)은 이다. 는 면에 수직한 면적벡터 와 전기장의 사잇각이다. 전기장이 면에 수직한 경우, 면적벡터 와 전기장 방향이 서로 평행하므로 이고, 전기선속은 이다. 전기선속의 SI단위는 이다.

그림3. 직사각면을 통과하는 전기장

참고 자료

영남대학교 일반물리실험 교재편찬위원회 일반물리학실험 개정판. Physics Laboratory Manual(북스힐), Chapter2 전기와 자기