등전위선 측정 실험 결과 레포트 (물리학및실험2)

소개

건국대학교 물리학 및 실험 2 강의 중 실험 결과 레포트로 제출한 자료입니다.
해당 강의에서 본 레포트 포함 총 9개의 레포트를 작성하여 레포트 점수에서는 만점 받은 레포트입니다.

전해질에 전류를 흐르게 하여 그 위에 등전위선을 그리고 전기장과 등전위선에 관한 성질을 확인하는 실험으로, 유사한 실험 레포트를 작성하실 때 참고용으로 사용하시기 바랍니다.

토의 내용에는 등전위선의 모양에 대한 논리적 분석, 등전위선과 전기력선에 대한 관계에 대한 내용이 들어가 있습니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 원리
2.1 전기장과 전기장선
2.2 전위, 전위차, 등전위선

3. 실험 재료 및 도구

4. 실험 방법

5. 실험 결과
5.1 원형 고정전극을 이용한 등전위선 측정
5.2 막대형 고정전극을 이용한 등전위선 측정

6. 토의
6.1 등전위선의 모양에 대해 논리적으로 분석하시오
6.1.1 원형 고정전극을 이용한 등전위선 측정 실험의 이론적 분석
6.1.2 원형 고정전극을 이용한 등전위선 측정 실험의 결과 분석
6.1.3 막대형 고정전극을 이용한 등전위선 측정 실험의 이론적 분석
6.1.4 막대형 고정전극을 이용한 등전위선 측정 실험의 결과 분석
6.1.5 실험의 오차 원인 분석
6.2 등전위선 또는 등전위면과 전기력선의 관게에 대해 자세히 서술하시오
6.3 x축과 나란한, 일정한 전하밀도를 가지는 아주 긴 도선 두 가닥이 형성하는 등전위면은 어떤 모양일지 유추하시오

7. 결론

8. 자료 출처 및 참고 문헌

9. 부록
9.1 '원형 고정전극에서의 등전위선 계산 프로그램' 소스코드
9.2 '막대형 고정전극에서의 등전위선 계산 프로그램' 소스코드

본문내용

1. 실험 목적

전해질에 전류를 흐르게 하여 그 위에 등전위선을 그리고 전기장과 등전위선에 관한 성질을 이해한다.

2. 실험 원리

2.1 전기장과 전기장선

전기장은 단위 양전하가 받는 전기력으로 정의되며, 시험전하 Q가 원천전하 q로부터 받는 전기장을 벡터장의 개념으로 나타낸 것이다. 이를 수식으로 나타내면 아래와 같다.

전기장도 전기력과 마찬가지로 각각의 전하에 의해 형성된 전기장의 중첩으로 계산 가능하다.

전기장선은 전하에 의해 공산 상에 퍼져 있는 전기장을 표현한 선으로, 항상 양전하로부터 뻗어져 나와 음전하로 수렴하여 들어가는 모양을 나타낸다.

2.2 전위, 전위차, 등전위선

전위란, 전기적 위치 에너지를 전하로 나눈 것으로 정의된다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

전하가 어떤 점 A에서 B로 이동할 떄, 계의 전기적 위치 에너지 변화는 다음과 같이 정의된다.



이는 일의 정의인 힘과 변위의 내적에서 힘의 자리에 전기력의 식을 전기장과의 관계식으로 대입한 것과 같다.

전위차란, 전하량 q가 두 점 사이를 이동할 때 계의 전기적 위치 에너지 변화를 그 전하량으로 나눈 값이며, 위의 두 식을 이용해 전기적 위치 에너지 변화의 인테그랄 앞의 q를 떼어낸 식으로 나타낼 수 있다.

마지막으로 등전위선이란, 전위가 같은 연속붙포를 갖는 점들로 이루어진 선을 의미하며 이는 전기장선에 수직이다.

3. 실험 재료 및 도구

직류 전원 공급 장치, 다양한 모양의 고정 전극, 모눈금 판, 전해질(물), 이동단자, 갈바노 검류계(멀티미터)

4. 실험 방법

1. 모눈금 판에 전해질(물)을 채운다.

2. 모양이 같은 고정전극을 모눈금 판 위에 위치시키고 전원공급장치에 연결한다.

참고자료

· 조승식 (2023), “일반물리학실험_개정판”, 북스힐
· Jewett/Serway 저. 대학물리학교재편찬위원회 역 (2024), “대학물리학”. 북스힐
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