쿨롱의 법칙
1. 실험 목적
이 실험에서는 일정한 전하로 대전되어있는 두 도체판 사이에 나타나는 힘을 여러 가지 조건에서 살펴보고 쿨롱의 법칙을 간접적으로 확인해본다.
2. 관련 이론
○ 쿨롱힘 : 전하 사이에 작용하는 힘
① 쿨롱힘은 두 전하를 이은 선상으로 작용한다.
② 같은 부호의 전하는 서로 밀치고, 다른 부호의
전하는 서로 끌어당긴다.
③ 쿨롱힘은 두 전하의 크기의 곱에 비례하고,
전하 사이의 크기의 제곱에 반비례한다.
④ 유전상수 는
○ 쿨롱힘의 중첩원리
N개의 전하가 있고, i번째(i= 1, ... ,N)전하가 전하 1에 의 힘을 작용하고 있을 때,
전하 1이 받는 총 힘은 모든 힘의 벡터 합으로 주어진다.
○ 이번 실험에서는 쿨롱의 법칙을 확인하기 위해 콘덴서 판(축전기)을 사용한다. 평행판 축전기는 거리 만큼 떨어져 있는 면적 의 두 평행극판으로 구성되어 있다. 축전기가 대전되면 극판들은 크기가 같고 부호가 반대인 와 의 전하를 갖게 된다.
○ 축전기의 전하 와 전위차 는 서로 비례하므로 아래와 같이 쓸 수 있다.
(비례상수 는 극판의 기하학적 모양에 따라 결정됨)
이번 실험에서 사용하는 평행판 축전기에서의 전기용량 는 아래와 같다.
여기서 는 위에서 쓴 진공유전율이며, 는 극판의 면적, 는 두 극판사이의 거리, 는 두 극판사이의 전압이다.
○ 평행판 축전기에서 극판의 가장자리에서 전기력선이 휘는 현상을 무시하면, 전기장은
아래와 같이 가우스 법칙을 써서 구할 수 있다.
여기에서 위쪽 판에 의해 아래 판에서 느끼는 전기장의 세기는 다음과 같이 쓸 수 있다.
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2012.02.29
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