[자연과학] [물리학 실험] 등전위선 - 전기마당과 가우스의 법칙

등전위선 - 전기마당과 가우스의 법칙

1. Abstract

☞ 서로 떨어진 전하 사이에 미치는 힘을 이해하는데 전기마당이라는 개념을 도입하면 편리하다. 즉, 전하가 있으면 그 주위에는 전기마당이 생기고, 이 전기마당 내에 다른 전하가 있으면 그 전하는 전기마당에 의해 영향(힘)을 받게 된다고 생각한다. 정량적으로는 전기마당은 (+)1 쿨롱(C)의 단위 전하가 받는 힘으로 정의하며, 따라서 전기힘과 전기마당 사이에는 비례 관계가 성립하고 비례상수는 힘을 받는 전하의 전하량이다.
이 실험에서는 도체관에 전류를 흐르게 하여, 그 위에 등전위선을 그리고 전기장과 등전위선에 관한 성질을 알아보도록 한다.

2. Theory

☞ 전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 시험 전하 q 가 이 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 로 정의된다. 한편 그 점의 전위V는 단위 전하당의 위치에너지로 정의된다. 전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴수 있…(생략)

이다. 따라서, 전기장E는 등전위선(면)에 수직이 된다. n은 등전위면(선)에 수직인 단위 벡터이다.

4. 컴퓨터를 가동시키고 Field Touch 프로그램을 실행시킨 후, 테이블렛 펜 몸체의 단추를 누른 채로 펜끝을 전기전도성 종이 위에서 움직이면서 화면상에 등전위선이 기록되는가 살핀다.

5. File 차