[일반물리학실험] 수조를 이용한 등전위선 측정

목차

1. 서론 1

2. 서론 2

3. 실험이론
(1) 전기장(Electric Field)
(2) 등전위선

4. 실험방법
- 실험장치

5. 실험결과 및 분석(실제 그린 그림은 스캔 후 보고서 뒤에 첨부)
(1) 기본 전극을 이용해서 그린 등전위선 그래프 (작은 원 모양 전극 두 개)
(2) 전극의 모양을 달리하여 그린 등전위선 그래프
(3) 중앙의 반원모양의 도체를 놓고 그린 등전위선 그래프

6. 고 찰
(1) 기본 전극을 이용해서 그린 등전위선 그래프 (작은 원 모양 전극 두 개)에 관한 고찰
(2) 전극의 모양을 달리하여 그린 등전위선 그래프에 관한 고찰
(3) 중앙의 반원모양의 도체를 놓고 그린 등전위선 그래프에 관한 고찰
(4) 오차의 원인 분석 및 오차를 줄이기 위한 방안
(5) 전위차 식을 수학적으로 표현
(6) 생각해볼 점

7. 결 론

8. 참고 문헌 및 참고 사이트

본문내용

퓨터로 그릴 수 있다. 실제로 손으로 그리는 것보다 더 정확한 등전위선을 얻을 수 있다.
(6) 생각해볼 점
(1)수조 안에 +전극만 설치하는 경우에도 등전위선을 측정할 수 있는가? 그렇지 않다면 그 이유는?
수조안에 +전극만 설치하면 전기장이 뻗을 수 있는 곳은 수조의 물과 공기이다. 공기의 저항이 수조속의 물의 저항에 비해 훨씬 크므로 전원의 대부분 전압은 공기에 강하되어 버리고 수조속의 물은 +전극과 등전위면을 형성하게 되어 등전위선을 수조의 물에서 찾을 수 없게 된다.
(2)만약 양전극사이에 적당한 전위차를 만든 다음에 전선으로 양전극을 연결한다면 등전위선을 측정할 수 있는가? 그렇지 않다면 관찰할 수 없는 이유는 무엇이라 생각하는가?
물의 저항에 비해, 거의 0옴의 저항에 가까운 전선의 저항이 훨씬 작으므로 전선으로만 전류가 흐른다. 전선 자체에는 큰 전류가 흐르지만 전선의 저항이 0에 가까우므로 전선과 연결된 양쪽 전극에도 전압강하가 생기지 않을 뿐 아니라 전원의 내부저항에 의해 그 내부 저항에 모든 전원의 전압강하가 몰려서 수조의 물에는 전류의 흐름이 없어지기 때문에 수조의 물에서는 등전위선을 찾을 수가 없게 된다.
(3)전기력선의 원인이 되는 것은 무엇인지 설명하라
전하들이 있으면 주위에 전기장이 생긴다.(자석이 있으면 자기장이 생기고 지구와 같은 큰물체가 있으면 만유인력에 의해 중력장이 생기듯이) 전기장을 선으로 표현한 것에서 그 선 하나하나들이 전기력선이다. 그러므로 전기력선의 근본 발생원인은 전하들이다.
7. 결 론
이 실험은 전기장이 형성된 수조안에서 전극의 형태에 따른 등전위선의 모양 및 전기장의 방향을 실질적으로 등전위선을 측정하여 전기장의 개념을 이해해보는 실험이었다. 이번 실험에서는 먼저 기본전극을 이용해서 등전위선을 그렸고, 전극의 모양을 바꿔보며 등전위선을 그려봤으며, 마지막으로는 전극 사이에 도체를 놓아서 등전위선의 변화를 살펴보는 실험을 하였다.
먼저, 첫 번째 실험을 통해서 전극에 가까워질수록 등전위선 간격이 밀해진다는 사실을 알 수 있었다. 이는 전위를 나타내는 식에서 이므로 이를 쉽게 이해할 수 있었다. 그리고 두 전극을 마주 보게 했기 때문에 두 전기장 사이에 중첩이 일어나서 두 전극 사이의 등전위선은 밀하고, 전극 바깥쪽의 등전위선은 소함을 알 수 있었다.
다음 실험에서는 전극의 모양이 등전위선 모양에 영향을 준다는 결론을 얻을 수 있었다. 이는 전기력선의 방향이 전극의 표면에 수직하므로, 전기력선에 수직인 등전위선이 전극의 모양과 비슷한 형태를 띠는 것은 당연한 결과이다.
마지막 실험에서는 전극 사이에 도체를 놓아두게 되면 등전위선의 모양이 변한다는 사실을 알 수 있었다. 이는 도체 내부에서는 가우스면이 형성되고, 도체 표면에서는 등전위면이 형성되기 때문에 전극과 마찬가지로 도체 표면과 수직한 방향으로 전기장이 형성 되어 나타나는 결과이다. 두 번째 실험과 마찬가지로 도체 근처의 등전위선은 도체의 모양과 비슷한 모양을 띠게 된다.
이번 실험에서는 전기장의 다양한 성질들을 실제로 눈으로 확인할 수 있었으며, 전기장이나 개념을 확실히 이해할 수 있었다.
8. 참고 문헌 및 참고 사이트
⑴ Fundamentals of physics 7th edition, Halliday, Resnick, Walker, 2005, p581~p584
⑵ 하이탑 물리 Ⅱ, 김종권, 이강석, p450~p463
⑶ 물리학과 교육 실험실 : http://www-ph.postech.ac.kr/Edulab/
⑷ 등전위선 : http://www.wizpark.co.kr/wizpark/WizFileView.php?seq=951718&View=1

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