물리응용 - 수조를 이용한 등전위선 측정
1.실험 목적
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 전장 및 자장, 중력장 등의 모양을 상상해본다.
2.실험 원리
전위차를 가진 두 전극사이에는 항상 전기장이 존재한다. 시험전하 q가 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 E=F/q로 정의된다. 한편, 그 점의 전위는 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 점 전하 Q가 만드는 전기장의 전력선은 Q가 있는 점을 중심으로 하는 방사선이며 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 동심구면이 된다.
등전위면 위에서 전하를 이동시키는데 하는 일은 0이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서 전기장의 세기는 그 면에 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 미소변이를 dl이라 하면, E와 V사이의 관계식은
V=-E ∙ dl ---------- (1)
또는
E=- ---------- (2)
.... |
2014.03.27
9페이지
