축전기 사이의 힘

소개

"축전기 사이의 힘"에 대한 내용입니다.

목차

1. BACKGROUND
A. 축전기의 전기용량
B. 극판에 가해지는 전기력
C. 축전기의 연결상태와 전기용량

2. EXPERIMENTAL METHODS

3. RESULTS

4. DISCUSSION

5. CONCLUSION

본문내용

전하는 다른 전하와 전기력을 통해 상호작용하며 인력 또는 척력을 나타낸다. 본 실험에서는 여러 실험 조건(축전기에 걸어주는 전압, 축전기의 두 극판 사이의 거리, 유전체의 종류, 축전기의 연결)에 따른 전기력의 변화를 측정해 볼 것이다. 전기력 측정을 위해서 평행한 두 도체 판으로 이루어진 축전기와 전자저울을 사용할 것이다. 축전기에 전압을 걸면 두 극판에는 서로 반대 부호의 전하가 저장되고 이로 인해 양 극판 사이에는 인력이 작용하게 되어 전자저울에서 측정되는 무게가 달라진다. 측정값을 바탕으로 축전기의 전기장과 전기력 사이의 관계를 이해하고 직렬 연결된 축전기의 합성 전기 용량 계산 방법을 이해하는 것을 목표로 한다.

BACKGROUND
A.축전기의 전기용량
가우스 법칙은 “어떤 폐곡면을 통과하는 전기선속의 총량은 폐곡면 내부의 전하량에 비례함”을 설명하는 법칙으로 아래와 같은 식을 통해서 나타낼 수 있다.
∮▒〖E∙dA〗=Q/ε_0 (1)
본 실험에서 사용된 평행판 축전기 내부의 전기장이 E로 일정하다고 가정하고 가우스 법칙을 적용하자. 이 때 폐곡면은 축전기 극판에 평행한 밑면을 가지는 원기둥 모양이며 한 밑면은 축전기의 외부에, 다른 한 밑면은 축전기 내부에 존재한다.
Q/ε_0 =EA (2)
(Q:전원의 +극에 연결된 판에 저장된 전하량
A:극판의 면적)
두 극판 사이에 걸린 전압은 V=Ed로 나타낼 수 있으며 축전기에 저장된 전하량은 Q=CV로 나타낼 수 있다. 따라서 이를 통해 아래와 같은 식(3)을 얻을 수 있고 전기용량을 구하는 식(4)을 유도할 수 있다.
V=Ed=Q/(ε_0 A) d=Q/C (3)
C=κ (ε_0 A)/d (4)
(κ: 진공일 때 1, 유전체를 사용할 때 유전체의 유전상수)
축전기 사이에 유전체를 삽입하는 경우의 유전율은 진공의 유전율의 κ 배가 되므로 축전기 사이에 걸린 전압의 크기가 일정한 조건하에 전기용량도 κ 배가 된다.

참고자료

· Halliday & Resnick & Jearl Walker, Principles of Physics, 9/ed., Wiley, 2011
· “실험 2-2 축전기 사이의 힘”. Physics Laboratory of SNU.