일반물리학실험 레포트 등전위선의 측정

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오늘은 해피캠퍼스에서 발췌한 “일반물리학실험 레포트 등전위선의 측정” 내용을 정리하여 알려드립니다.

 

목차

1. Title
2. Date
3. Purpose
4. Principle
5. Apparatus and Reagents
6. Procedure
7. Results
8. Discussion
9. Reference

 

본문내용일부

1. Title
등전위선의 측정
2. Date
2021년 11월 29일 월요일
3. Purpose
도체판에 전류를 흐르게 하여, 그 위에 나타나는 등전위선을 그리고, 전기장과 등전위선에 관한 성질을 공부한다.
4. Principle
1) ①전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 시험전하 Q가 이 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 E= F/Q로 정의된다.
한편, 그 점의 전위 V는 단위 전하당의 위치에너지로 정의된다. 전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 ②등전위면을, 2차원에서는 ③등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 하나의 점전하 Q가 있는 점을 중심으로 하는 방사선이며(figure 1 (a) 참조), 등전위면은 Q 점을 중심으로 하는 ④동심구면이 된다. + Q의 점전하와 - Q의 ⑤점전하가 공간에 놓여 있을 때는 (figure 2 (b))와 같은 전기장(진한 화살표, 전기력선)과 등전위면(점선)을 그릴 수 있다.

figure 1. 전기장과 등전위선>
등전위면 위에서 전하를 이동시키는데 하는 일은 영이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서, 전기장의 세기는 그 면에 수직이다. 전기장이 일을 한다는 것은 정전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해 가는 경우이므로, ⑥전기력선(전기장의 방향)은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다. 따라서, 전기장의 방향은 그 점에서 전위V가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소변위를 □(→┬dl ) 이라 하면, E와 V 사이의 관계식은
V=-∫▒〖□(→┬E ) □( × →┬dl )〗

또는
□(→┬E )=-dV/dl n ̂
이다. 따라서, 전기장 E는 등전위선(면)에 수직이 된다. n ̂은 등전위면(선)에 수직인 단위 벡터이다.
편의상 2차원 평면에 대해서 실험적인 이론을 생각해보자. 즉, 어느 도체판의 두 단자를 통해서 전류를 흘릴 때, 도체판 내에서의 전류의 유선의 방향은 전기장의 방향을 나타낸다. 이 유선에 수직인 방향에는 전류가 흐르지 않으므로 전위차도 없다. 이와 같은 점을 이은 선은 등전위선이 된다. 따라서, 도체판 상의 두 점 사이에서 전류가 흐르지 않는다면, 이 두 점은 등전위선 상에 있는 점이다.

 

참고문헌

google 검색 ‘전위차’
https://www.scienceall.com/%EC%A0%84%EC%9C%84%EC%B0%A8electric-potential-difference/
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https://www.scienceall.com/%EC%A0%90%EC%A0%84%ED%95%98point-charge/
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Wikipedia 검색 ‘등전위선’
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%93%B1%EC%9C%84%EB%A9%B4
Wikipedia 검색 ’전기 쌍극자’
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%84%EA%B8%B0_%EC%8C%8D%EA%B7%B9%EC%9E%90_%EB%AA%A8%EB%A9%98%ED%8A%B8
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http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/electromagnetic/potential/potential/potential2.html
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https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9C%A0%EC%A0%84%EC%B2%B4_(%EB%AC%BC%EB%A6%AC%ED%95%99)
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https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%84%EA%B8%B0_%EC%84%A0%EC%86%8D
Raymond A. Serway, John W. Jewett, 대학물리학교재편찬위원회 역, 핵심대학물리학, 북스힐, pp.479~480

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