일반 물리 실험 등전위선 측정

일반 물리 실험 등전위선 측정

일반 물리 실험 등전위선 측정.hwp

본문 실험목적 : 전기장이 형성된 수조 안에서 전극의 형태에 따른 등전위선의 모양 및 전기장의 방향을 실질적으로 등전위선을 측정하여 전기장의 개념을 이해한다. 공간적으로 장이 형성되는 모양을 확장하여 생각해보고 우리가 살고 있는 실 공간에 무수히 얽힌 정장 및 자장, 중력장 등의 모양을 상상해 본다. 이론 전기장 : 전기력이 다른 전하에 작용되는 한 전하의 주변 영역. 전기력을 일정한 거리에 떨어져 있는 두 전하의 직접적인 상호작용으로 생각하지 않고, 한 전하를 주변공간으로 뻗어나가는 전기장의 근원으로 보며, 이 공간 내에 있는 다른 전하에 가해지는 힘을 이 2번째 전하와 전기장과의 직접적인 상호작용으로 생각한다. 어떤 점에서의 전기장의 세기 E는 그 점에서 단위 양전하 q 당 작용하는 전기력 F, 즉 간단히 E〓F/q로 정의할 수 있다. 만약 그 2번째, 즉 시험 전하의 전하량이 2배 정도 크면 시험전하가 받는 힘은 2배가 되나 그것의 비(F/q)인 전기장의 크기 E는 어떤 점에서도 동일하다. 전기장의 세기는 시험전하에 의존하지 않고 원전하에 의존한다. 엄밀하게 말하면, 전기장을 지닌 작은 시험전하를 가져오면 이미 존재하고 있는 전기장은 약간 변한다. 전기장은 시험전하가 나타남으로 인한 전기장의 변동이 있기 전에 단위 양전하당 작용하는 힘으로 생각할 수 있다. 음전하에 미치는 의 방향은 양전하에 미치는 힘과 반대방향이다. 전기장은 크기와 방향을 모두 가지는데 양전하에 작용하는 힘의 방향을 전기장의 방향으로 정한다. 양전하끼리는 서로 밀기 때문에 고립 양전하 주위의 전기장은 방사상으로 바깥쪽으로 향한다. 역선(力線), 즉 장(場)의 선으로 나타내면 전기장은 양전하에서 출발해서 음전하에서 끝나는 것으로 그려진다. 역선이란 만약 작은 양의 시험전하가 전기장 안에 놓여질 경우 움직일 경로를 나타낸다. 역선의 접선 방향은 그 점에의 전기장의 방향을 나타낸다. 전기장의 세기는 역선의 밀집도에 비례한다. 전기장의 크기는 전하가 공간에 어떻게 분포되어 있는가에 달려 있다. 거의 한 점에 집중되어 있는 전하에 의한 전기장은 전하의 양에 정비례하고, 전하로부터 방사상으로 떨어진 거리의 제곱에 반비례하며, 또한 매질의 특성에도 관계가 있다. 물질 매질이 존재하면 진공(眞空) 속에 있을 때보다 전기장의 크기는 작다. 그러므로 공간 중의 각 점은 전기장과 관련된 전기적인 성질을 가지고 있고 그 크기와 방향은 전기장의 세기, 전기장 크기 또는 간단히 전기장이라고도 부르는 E의 값으로 나타난다. 전기장의 근원에 대해서 알지 못하더라도 한 점에서 전기장의 값을 알면 그 특정한 점 가까이에 있는 전하에 일어나는 현상을 결정할 수 있다. 텔리비전 방송국의 송신 안테나상에서 상하로 가속하는 전하들의 경우처럼 때에 따라 전기장 그자체는 원전하로부터 떨어져 있기도 하다. 자기장을 수반하는 전기장은 빛과 같은 속도로 복사파(輻射波)처럼 공간 속을 전파한다. 이와 같은 전자기파는 전기장이 단지 전하로부터만 발생하는 것이 아니라 자기장의 변화로도 발생한다는 것을 나타낸다. 전기장의 값은 단위 전하당 힘의 크기를 갖는다. SI 단위계에서는 단위는 N/C 또는 V/m이다. cgs 단위계에서의 전기장은 dyn/esu 또는 statV/㎝의 단위로 표시된다. 전위 : 단위 양전하를 임의의 기준점으로부터 전기장 내의 특정한 점까지 가져오는 데 필요한 일의 양. 일반적으로 임의의 기준점은 전기장을 발생시키는 전하의 영향이 전혀 없는 곳으로 설정한다. 전기회로의 많은 문제에서는 지구가 전위 계산의 기준점이 된다. 또한 전위는 전기장 속에 저장된 위치 에너지가 얼마나 많이 각각의 점과 관계하는가 하는 관점에서 전기장이나 전하가 분포한 주위영역을 기술하는 특별한 방법이다. 주어진 점에서의 전위는 시험전하가 변화하는 자기장을 통과하지 않았다면 시험전하가 움직인 경로와는 무관하다. 일과 에너지가 J(줄)의 단위를 갖고 전하량이 C(쿨롬)의 단위를 갖는 SI 단위계에서 전위는 J/C의 단위를 가지며 간단히 V(볼트)로 표시된다. 만약 한 점에서의 전위가 4V라면 이는 무한거리에서 그 점까지 10C의 양전하를 가져오기 위해서는 외부의 힘이 40J의 일을 해주어야 한다. 만약 전자의 전하처럼 음전하가 그 지점까지 이동된다면 양전하 분포 자신은 －10C의 전하를 같은 지점으로 끌어당기며 40J의 일을 한 것이 된다. 양전하에 가까운 지점의 전위는 더 먼 곳의 전위보다 높다. 양의 점전하 주위에서의 전위는 양전하로부터의 거리에 반비례한다. 전위의 개념은 기본적인 전기현상을 이해하는 데 있어서 광범위하게 적용된다. 실제 적용에서는 전기장 내에서의 두 지점 간의 전위차나 전기회로의 두 지점 간의 전위차 개념이 보다 더 유용한 개념이다. 전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 시험전하 q가 이 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 E = F/q로 정의된다. 한편, 그 점의 전위 V는 단위전하당의 위치에너지로 정의된다. (중력장에서의 위치에너지나 전기장의 전위에 의한 에너지나 같은 내념이다. 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 점 전하 Q가 만드는 전기장의 전력선은 Q가 있는 점을 중심으로 하는 방사선이며 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 동심구면이 된다. 등전위면 위에서 전하를 이동시키는데 하는 일은 "0"이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서, 전기장의 세기는 그면에 수직이다. 전기장이 일을 한다는 것은 점 전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해 가는 경우이므로, 전력선은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다. 따라서, 전기장 E의 방향은 그 점에서 전위 V가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소 변이를 dl이라 하면, E와 V사이의 관계식은 V=-INTEdl (1) 또는 E=- dV over dl n (2) 이다. 따라서, 전기장 E는 등전위선(면)에 수직이 된다. n은 등전위면(선)에 수직인 단위벡터이다. 편의상 2차원 평면에 대해서 실험적인 이론을 생각해 보자. 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 점을 이은 선은 등전위선이 된다. 따라서, 도체판 상의 두 점 사이에서 전류가 흐르지 않는다면, 이 두 점은 등전위선 상에 있는 점이다. 하고 싶은 말 좀 더 업그레이드하여 자료를 보완하여, 과제물을 꼼꼼하게 정성을 들어 작성했습니다. 위 자료 요약정리 잘되어 있으니 잘 참고하시어 학업에 나날이 발전이 있기를 기원합니다 ^^ 구입자 분의 앞날에 항상 무궁한 발전과 행복과 행운이 깃들기를 홧팅 키워드 등전, 물리, 실험, 일반, 등전위선, 측정