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[물리학 실험] 쿨롱의 법칙 실험
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[물리학 실험] 쿨롱의 법칙 실험
1. 실험 제목 : 쿨롱의 법칙 실험
2. 실험 목적 : 일정한 전하로 대전되어 있는 두 도체판 사이에 작용하는 힘을 측정하여 쿨롱의 법칙을 간접적으로 확인한다.
3. 관련 이론 : 전하는 질량처럼 입자가 가지는 기본 성질 중의 하나이다. 전하와 전하사이에 작용하는 힘을 통해 발생하는 현상을 전기현상이라 부르며 거리 r만큼 떨어져 있을때 두전하 q₁,q₂사이엔
이 작용한다. 즉 정전기력은 두 질점 사이의 거리 r의 역제곱에 비례한다. 질량과 달리 전하는 양과 음의 두 종류가 존재하여 두 전하의 부호에 따라 인력 또는 척력으로 작용한다. 일반적으로 축전기는 서로 떨어져 있거나 사이에 부도체가 끼어있는 두 도체로 이루어진다. 두 도체사이의 거리가 d만큼 떨어져 있고 면적이 A로 같다고 했을 시에 그 둘 사이에 V의 전압을 걸면 부호가 반대인 전하 +q와 -q로 대전된다. 이때 축전기에 대전된 전하 q와 전위차 V사이에는 선형관계
q = CV
가 성립하고 비례상수 C를 축전기의 전기용량이라 부른다. 평행판 축전기의 전기 용량은
C = ₀A/d
로 주어진다. 전압이 양극판에 형성되면 양극판 사이에 전위차가 형성되어 양극판의 마주보는 면에는 각각 반대의 전하가 대전된다. 전위차가 커질수록 많은 전하가 대전되며 극판은 도체이므로 극판 위 모든 지점에선 전기전위가 똑같다. 따라서 중간영역에서의 전기장은 대체로 균일하다. 하지만 극판의 가장자리에선 극판의 기하학적 모양 때문에 균일하지 않은 전하분포가 발생하며 이로 인해 전기장 또한 휘어진 모양을 한다.
전위차 V가 걸렸을 때 평행판 축전기 내에 저장된 총 에너지는
U = ½CV² = ½₀A/d V²
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2013.12.10
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