1. 실험목적
일정한 전하로 대전되어 있는 두 도체판 사이에 작용하는 힘을 측정하여 쿨롱의 법칙을 간접적으로 확인한다.
2. 실험이론
전기현상의 요인을 전하라고 부르며 전하는 질량과 같이 입자가 가지는 하나의 속성이다. 또한, 전기현상이란 전하와 전하 사이에 영향(힘)을 미치는 것을 가리킨다. 전기 힘과 전하 q1 , q2 사이의 정량적인 관계 F ∝ q1q2/r2를 쿨롱의 법칙 이라고 하며, 전기 힘도 중력과 마찬가지로 전하 사이의 거리 r의 역 제곱에 비례하는 것을 나타낸다. 두 전하 q1 , q2 의 부호가 같을 때 이 전기 힘은 서로 미는 힘이고, 다를 때는 당기는 힘이다.
1785년 쿨롱(C. A. Coulomb)은 실험을 통하여 대전된 물체끼리 작용하는 힘의 법칙을 밝힐 수 있었다. 이 법칙은 앞에서 알아본 대로 전기력은 두 입자의 전하량의 곱에 비례하고 그들 사이의 거리의 제곱에 반비례하여 다음과 같이 간단한 식으로 나타낼 수 있다.
여기서 힘의 방향은 F 가 + 일 때는 서로 밀어내는 방향이고, - 일 때에는 서로 당겨주는 방향이다. 이 표현식은 쿨롱의 이름을 따서 쿨롱의 법칙이라 하고, 여기서 k 는 비례상수로서 실험을 통하여 결정되며 쿨롱 상수라 부른다.
쿨롱의 법칙은 만유인력과 같이 거리제곱에 반비례하는 힘이지만, 전하의 극성에 따라 인력 혹은 척력이 작용된다. 쿨롱의 법칙에 의한 두 전하 q1, q2 사이에 작용하는 전기력(F)은 다음과 같이 표시된다.
여기서 힘 F의 단위는 뉴튼(N), 거리 r은 미터(m), 전하 q1, q2는 쿨롱(C)이다. 는 진공에서 유전율을 의미하며, 는 원주율을 의미한다. 비례상수값은 다음과 같다.
원자에서 핵과 전자사이에서 힘은 만유인력보다 전기력이 훨씬 크므로 만유인력은 무시하고 쿨롱의 법칙을 사용하여 계산한다.
.... |
2015.03.24
5페이지
