전기 퍼텐셜 에너지

목차

1. 전기 퍼텐셜의 정의
2. 전기 퍼텐셜의 변화
3. 등퍼텐셜면과 전기장
4. 전기장에서의 퍼텐셜
5. 점전하에 의한 퍼텐셜
6. 전기쌍극자가 만드는 퍼텐셜
7. 연속적인 전자 분포가 만드는 퍼텐셜
8. 대전된 원판이 만드는 퍼텐셜
9. 퍼텐셜에서 전기장 구하기
10. 두 대전입자 사이의 전기 퍼텐셜 에너지

본문내용

1. 전기 퍼텐셜의 정의
일반적으로 퍼텐셜 에너지(위치 에너지)는 외부로부터 주입되는 에너지가 없다고 가정할 때 물체의 고도 변화에 따른 중력이 한 일의 양으로 측정된다. 퍼텐셜 에너지는 아래와 같이 정의된다. 대전 막대의 전기장 안에 있는 점 에 있는 양의 시험전자 와 관련된 퍼텐셜 에너지인 를 구해보도록 하자. 먼저 으로 정하는 기본 배열을 결정한다. 시험전하가 막대로부터 무한이 멀리 떨어진 곳에서, 즉, 전하가 무한대의 위치에서 대전체에 작용하는 전기력이 한 일은 로 표시하겠다. 이때 점 의 전기퍼텐셜에 관한 식은 아래와 같이 나타낼 수 있다. 참고로 전기 퍼텐셜의 단위는 이다. 전기 퍼텐셜은 양의 시험전하를 무한대의 거리에서 가져왔을 때 단위 전하당 전기 퍼텐셜 에너지이다. 사실 모든 대전된 물체는 전기장을 통해 모든 점에서 전기 퍼텐셜를 만든다.

2. 전기 퍼텐셜의 변화
대전 물체가 만드는 전기장 내에서 초기 전기 퍼텐셜을 , 후기 전기 퍼텐셜을 라고 하자. 그럼 아래와 같은 식이 성립된다. 이때 전기 퍼텐셜이 한 일에 따른 내부에너지 변화는 다음과 같다. 이때 와 의 부호에 따라 양수일 수도, 음수일 수도 있다. 만약, 초기 전기 퍼텐셜과 후기 전기 퍼텐셜의 차이가 없으면, 퍼텐셜 에너지 변화는 0이 된다. 또한, 정전기력이 한 일은 퍼텐셜 에너지 변화로 표시된다. 또한, 의 식이 성립되므로 일과 전기 퍼텐셜 변화에 대한 식을 구할 수 있다. 대전입자가 전기장에 의한 전기력 이외에 다른 힘이 작용하지 않는 전기장을 지나면 역학 에너지는 보존된다. 전기 퍼텐셜 에너지를 입자에만 부여할 수 있다고 가정하자. 이때 점 에서 점 로 움직이는 입자의 역학적 에너지 보존은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 하지만, 실제 전기력 이외에 외부적인 힘이 작용할 수 있다. 이와 같은 외부적인 힘인 작용력은 입자에 일을 할 수 있지만, 보존력이 아닐 수 있으므로 일반적으로 퍼텐셜 에너지를 부여할 수는 없다. 이때 외부력은 으로 놓자.

참고 자료

없음