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물리실험 보고서 - 쿨롱의 법칙
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[쿨롱의 법칙]
일정한 전하로 대전되어 있는 두 도체판 사이에 작용하는 힘을 측정하여 쿨롱의 법칙을 간접적으로 확인한다.
1. 실험이론 : 거리 만큼 떨어져 있는 두 전하 , 사이에는 의 힘이 작용하며, 이 표현식은 쿨롱의 법칙이라 부른다. 전하 , 의 부호가 같을 때 힘은 두 전하를 서로 미는 방향으로 작용하고, 부호가 다를 때는 서로를 끌어당기는 방향으로 작용한다. 정전기력 앞에 (단위계에 따라 그 값이 바뀔 수 있는) 보편상수가 곱해져 있어서 유전상수 가 붙어서 의 값을 갖는다.
일반적으로 축전기는 서로 떨어져 있거나 사이에 부도체가 끼워져 있는 두 도체로 이루어진다. 이 두 도체를 극판이라고 부르며, 평행판 축전기의 경우는 거리가 만큼 떨어져 있는 면적 의 크기가 같은 두 평행 극판으로 구성되어 있다. 두 극판 사이에 전위차 를 가하면 극판들은 각각 크기가 같고 부호가 반대인 전하, , 로 대전된다. 이때 축전기에 대전된 전하 와 전위차 사이에는 선형관계 가 성립하고, 극판의 기하학적 모양과 두 도체 사이에 까인 물질의 유전율에 따라 결정되는 비례상수 를 축전기의 전기용량이라 부른다. 평행판 축전기의 전기용량은 로 주어진다.
전원장치에서 공급되는 전압이 양극판에 형성되면 양극판 사이에 전위차가 형성되어 양극판의 마주 보는 면에는 각각 , 의 전하가 대전된다. 전위차가 커질수록 더 많은 전하가 대전되는데 극판 내에서는 전위차가 없어 모든 지점에서 전기전위가 똑같으며 또한 전하가 고르게 분포한다. 따라서 두 극판 사이의 중간 영역에서의 전기장은 대체로 균일하다.
평행판 축전기의 두 극판 사이에 작용하는 정전기력을 유도하면 전위차 가 걸렸을 때 평행판 축전기 내에 저장된 총에너지는 이다. 의 크기로 힘 를 가해 만큼의 일을 해야 한다고 볼 수 있으므로 두 도체판 사이의 힘은 이다.
2. 실험방법 : A. 일정한 전압 하에서 극판 사이의 거리의 함수로 힘 측정
① 쿨롱장치/평행 콘덴서판, 직류고압전원장치, 전자저울을 준비한다.
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2015.03.24
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