[물리 실험] 2-1. 등전위선 측정 예비보고서, 결과보고서 & 등전위선 측정

목차

[물리 실험] 2-1. 등전위선 측정 예비보고서

1. 실험목적
2. 이론
3. 실험장치
4. 실험방법
참고문헌



[물리 실험] 2-1. 등전위선 측정 결과보고서

5. 실험결과
6. 결과분석
7. 토의 및 건의사항
8. 참고문헌



등전위선 측정

✲ 전류계의 원리
2. 결과 및 토의
*질문

본문내용

④ 전류계의 바늘이 정 중앙(0위치)에 위치하도록 영점조정을 한다.
⑤ 회로를 연결하고 전원장치의 전압을 약 10V정도로 가하여 이동단자를 수조 상에서 이동하며 전류가 흐르지 않는 지점(전류계 바늘이 0위치)들을 잡아 용지 상에 표시해 간다.
⑥ 고정 단자를 다른 위치에 놓고 반복하여 등전위점들을 찾는다. (10개 정도의 등전위선을 얻는다.)
⑦ 고정전극의 모양을 바꾸어 (2)-(6)의 실험과정을 반복한다.
⑧ 만약 원판(Disk)나 환(ring)모양의 도체를 수조 상에 놓으면 그 도체의 내부와 바로 외부 점에서의 등전위선 들은 어떤 모양으로 변하는가?
[주의] 실험이 끝나면 부식방지를 위해 수조 및 기구의 모든 물기를 닦아내고 모든 부품 원위치 바랍니다.
참고문헌
Fundamentals of PHYSICS Sixth edition, Hallyday/ Resinick/ Walker, Wiley
일반 물리학 실험실 http://phya.yonsei.ac.kr/~phylab/
두산 세계 대백과사전 EnCyber
일반물리 실험
2-1. 등전위선 측정
결과보고서
5. 실험결과
그래프 용지 : 별도첨부
6. 결과분석
1번실험 2번실험 3번실험
1번 실험의 결과 그래프에서 등전위선은 정중앙에서는 직선의 형태로, 구 형태의 전극 사이에서는 전극을 둘러싼 원의 형태로 나타났다.
2번 실험의 결과 그래프에서는 막대 형태의 전극사이에서 대체로 평행한 등전위선이 도체를 중심으로 휘어진 것으로 볼 수 있었다. 이를 통해 전극에서 나온 전기력선이 도체와 만난다는 사실을 알 수 있다. 또한 등전위선의 모양으로 미루어 보아 전기력선이 도체의 표면으로 수직하게 들어간다는 사실을 알 수 있었으며, 등전위선과 전기력선은 서로 수직을 이루기 때문에 도체의 표면은 등전위를 이룬다는 사실을 알 수 있었다.
3번 실험의 결과 그래프에서는 두 번째 실험의 결과 그래프와 유사한 형태가 나온 것으로 보아 도체의 속이 빈 환형(環形)의 형태일지라도 그 표면을 따라 등전위를 이루게 된다는 사실을 알 수 있었다. 또한 환형 도체가 등전위를 이루므로 따라서 속이 빈 도체 내부에는 등전위선이 존재하지 않는다는 것을 실험을 통해 검증할 수 있었다.
그런데 실제 실험의 결과 그래프를 보면 이러한 사실들이 모두 매끄럽게 드러난 것은 아니다. 곡선은 부분적으로 찌그러진 곳도 많고, 측정을 많이 하지 못하여 자료가 부족해 정확한 형태를 이루지 못하는 부분도 있다. 또, 등전위선이 서로 교차하는 부분도 있는데 이것은 잘못된 측정으로 생긴 것이라 생각된다.
7. 토의 및 건의사항
이번 실험은 두 전극 사이에 생기는 등전위선을 직접 눈으로 확인하고 그려보는 실험이었다. 눈으로 관찰하는 것이라 시간도 상당히 많이 걸리고 정확한 데이터를 얻기는 힘들었으나, 전기를 사용하여 직접 등전위선을 측정해보는 과정이 흥미로워 즐거운 실험이었다고 생각한다. 각자 색다른 방법으로 전극의 모양을 만들어 여러 가지 실험을 했다면 좀 더 재미있고 의미있는 실험이 되었을 것 같다.
오차의 원인
① 제대로 고정되지 않는 막대형 전극
수조에 물을 채우고 하는 실험이었기 때문에 바닥이 미끄러워 전극에 연결된 전선을 조금만 건드려도 전극이 움직이기 일쑤였다. 전극을 고정시키기 위해 노력을 하였으나 전극의 무게도 상당히 가벼웠기 때문에 실험 중 전극의 이동으로 약간의 거리차가 생겼을 수 있고 이로 인해 등전위선의 모양도 달라졌을 수 있다. 전극을 좀 더 무겁게 하여 잘 움직이지 않게 한다면 더욱 정확한 실험을 할 수 있을 것 같다.
② 전류계
이번 실험의 가장 큰 오차의 원인이라고 생각된다. 실험실에서 사용한 전류계는 상당히 많은 문제점을 보였다. 0점이 미세하게 안 맞는 경우가 허다했고, 등전위선 부근에서는 미세한 변화를 잘 나타내지 못하였다. 바늘이 거의 알아보기 힘들 정도로 움직였기 때문에 모눈종이에서 정확한 눈금을 읽는 것은 불가능해보였다. 보다 정확한 전류계의 사용, 디지털 전류계의 사용이 필요하다고 생각된다.
③ 전선에서 발생되는 전기장
전선에서도 전기장이 발생하기 때문에 실험판 가까이에 있던 전선에 의해 등전위선 자체가 달라졌을 가능성도 있다. 따라서 가능하면 전선을 전극 근처에 놓지 말고 약간 들어 실험판에서 멀리하며 실험을 하는 것이 오차를 줄일 수 있는 방법이 될 것이다.
④ 완전 원형이 아닌 원형의 도체
세 번째 실험에서 사용하였던 속이 빈 원형의 도체는 완전히 원형이라고 보기엔 무리가 있었다. 두 쪽으로 나눠져 있어 합쳐서 실험해야 했으며 옆에 나사못까지 붙어있었다. 이런 실험기구를 사용한다면 정확한 실험은 어렵다고 생각된다.
질문
① 수조 안에 +전극만 설치하는 경우에도 등전위선을 측정할 수 있는가? 그렇지 않다면 그 이유는?
⇒ 등전위선은 양 전극의 전위차로 인하여 생기는 것이다. 양 전극에 모두 +극을 놓게 되면 전위차가 생기지 못하며, 전위차가 존재하지 않는다면 등전위선을 측정할 수 없다.
② 만약 양전극 사이에 적당한 전위차를 만든 다음에 전선으로 양전극을 연결한다면 등전위선을 측정할 수 있는가? 그렇지 않다면 관찰할 수 없는 이유는 무엇이라 생각하는가?
⇒ 전선으로 양 전극을 연결하게 되면 전하는 기존의 전기력선을 따라서가 아니라 전선을 통해 이동하게 되므로 양 전극 사이에 전하의 흐름으로 인한 전기력선이 발생하지 못하게 된다. 따라서 양 전극 사이에 있는 등전위선도 관찰할 수 없게 된다.
③ 전기력선의 원인이 되는 것은 무엇인지 설명하라.
⇒ 전위차가 전기력선의 원인이 된다. 점전하 +Q를 공간에 두었을 때 전기력선이 발생하는 것은 무한히 먼 곳(무한원점)의 전위를 0으로 놓기 때문에 점전하와 무한원점 사이의 전위차로 인해 점전하 주위에 놓여진 임의의 전하 q는 위치 에너지(전기력)를 가지게 되며, 이 점전하가 이동하는 궤적이 바로 전기력선이 되는 것이다.
8. 참고문헌
Fundamentals of PHYSICS Sixth edition, Hallyday/ Resinick/ Walker, Wiley
일반 물리학 실험실 http://phya.yonsei.ac.kr/~phylab/
두산 세계 대백과사전 EnCyber

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