공학기초물리실험 - 축전기와 정전용량
1. 실험목적
두 도체 사이에 전위차를 가할 때 두 극판에는 똑같은 크기이면서 반대부호인 전하량이 대전됨을 이해하고, 두 전하량 사이에 작용하는 힘을 이용하여 평행판 축전기의 정전용량을 측정하고 이론값과의 오차여부를 확인한다.
2. 이론
-축전기-
전기장에서도 위치 에너지의 형태로 에너지를 저장할 수 있는 장치.
→충전 : 축전기를 전지에 연결하여 축전기에 전하를 저장하는 현상.
→방전 : 충전과 반대 현상으로 축전기에 저장된 전하가 회로를 통하여 빠져나가 저장된 전 하량이 줄어드는 현상
왼쪽 그림과 같이 가우스 경로를 잡으면 가우스법칙에 의해 o∮E·dA = q 이므로 q = oEA 가 되고, 전위차 V는
이다. (o 는 진공중의 유전상수,, o=8.85 x10-12, 유전상수란 전하의 힘을 전달하는 정도를 나타내는 상수)q = CV 관계식에서 평행판 축전기에 대한 정전용량은
----(1)
이 된다. (o: 진공 중의 유전율, A: 극판 면적, d: 극판 사이의 거리)
상단 도체판에 축적된 전하량
q = CV = oAV/d ----(2)
에 의해 하단판(q = -oAV/d)이 받는 힘을 구해보면,
면전하밀도를 라 하면 도체 판 한 개에 의한 전기장은 E = /2o (∵q = A = oE 2A ) 이고 하단 도체 판이 받는 힘은
F = (-q)E = -q/2o = -q2/2oA ----(3)
( -q 는 하단면의 전하량, E 는 상단면에 의한 전기장)
(2)식을 (3)에 대입하여 정리하면
이다. 여기서 - 는 두극판 사이에 작용하는 인력을 나타내므로 축전기의 정전용량 C는
또는
3. 실험기구 및 장치
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2014.09.26
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