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[자연과학] [일반물리실험] 등전위선 측정 예비 및 결과 보고서

등록일 : 2014-04-24
갱신일 : 2014-04-24


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[자연과학] [일반물리실험] 등전위선 측정 예비 및 결과 보고서
등전위선 측정 예비보고서

1. 실험목적
수조 안에서 여러 가지 모양의 전극의 형태에 따른 등전위선을 그리고 전기장의 방향 빛 흐름을 이해한다.

2. 이론
전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 전하량 q의 하전입자가 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 지점에서의 전기장은 E=F/q로 정의된다. 한편 그 점의 전위 V는 단위전하당의 위치에너지로 정의된다. (중력장에서의 위치에너지나 전기장의 전위에 의한 에너지나 같은 개념이다. 그 에너지만큼 외부에 일을 할 수 있는 상태에 놓이게 된다.)
전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 하나의 점전하Q가 만드는 전기장의 전기력선은 Q가 있는 점을 중심으로 방사선 보양이며 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 동심구면이 된다.
등전위면세서 전...

등전위선 측정 예비보고서

1. 실험목적
수조 안에서 여러 가지 모양의 전극의 형태에 따른 등전위선을 그리고 전기장의 방향 빛 흐름을 이해한다.

2. 이론
전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 전하량 q의 하전입자가 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 지점에서의 전기장은 E=F/q로 정의된다. 한편 그 점의 전위 V는 단위전하당의 위치에너지로 정의된다. (중력장에서의 위치에너지나 전기장의 전위에 의한 에너지나 같은 개념이다. 그 에너지만큼 외부에 일을 할 수 있는 상태에 놓이게 된다.)
전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 하나의 점전하Q가 만드는 전기장의 전기력선은 Q가 있는 점을 중심으로 방사선 보양이며 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 동심구면이 된다.
등전위면세서 전하를 이동시키는데 필요한 일은 0이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서 전기장의 세기는 그 면에 수직이다. 전기장이 일을 한다는 것은 정전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해가는 경우이므로, 전기력선은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해간다. 따라서 전기장 E의 방향은 그 점에서 전위 V가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소 변위를 dl이라 하면, E와 V사이의 관계식은
또는
이다. 따라서 전기장 E는 등전위선(면)에 수직이 된다. n은 등전위선(면)에 수직인 단위 벡터이다.
편의상 2차원 평면에 대해서 실험적인 이론을 생각해보자. 즉, 어느 도체판의 두 단자를 통해서 전류를 흘릴 때, 도체판 내에서의 전류의 유선의 방향은 전기장의 방향을 나타낸다. 이 유선에 수직인 방향에는 전류가 흐르지 않으므로 전위차도 없다. 이와 같은 점들은 이은 선은 등전위선이 된다. 따라서 도체판상의 …(생략)
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