[일반물리학 실험] 등전위선 실험

등전위선 실험

1. 목적

도체 판에 전류를 흐르게 하여, 그 위에 등전위선을 그리고, 전기장과 등전위선에 관한 성질을 이해한다.

2. 실험기구

고정전극(원형, 막대형), 고정검침봉, 이동검침봉, 도체판, 전원 공급 장치, 검류계, 모눈종이 형 등전위선 측정용지

3. 기본 원리

전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 전하량 q 의 하전 입자가 전기장 내에서 힘F 를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 E=Fq로 정의 된다. 한편, 그 점의 전위 V 는 단위 전하당의 위치 에너지로 정의된다. 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 점전하 Q 가 있는 점을 중심으로 하는 방사선이며 (그림1-a참조), 등전위면은 Q 점을 중심으로 하는 동심구면이 된다. +Q 의 점 전하와 −Q 의 점 전하가 공간에 놓여 있을 때는 그림1-b와 같은 전기력선과 등전위면을 그릴 수 있다.
등전위면 위에서 전하를 이동시키는 데 필요한 일은 0이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서 전기장의 세기는 그 면에 수직이다. 전기장이 일을 한다는 것은 정전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해가는 경우이므로, 전기력선은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다. 따라서 전기장 E 의 방향은 그 점에서 전위 V 가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소변위를 dl 이라 하면, E 와 V 사이의 관계식은

또는,
....

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