[일반물리학] 쿨롱의 법칙

소개글

[일반물리학] 쿨롱의 법칙에 대한 보고서 자료입니다.

목차

➀. 실험결과를 분석하기 전 알아야할 이론
➁. 실험결과(1) - 극판 사이의 거리의 함수로 쿨롱힘 측정 ①
➂. 실험결과(2) - 극판 사이의 거리의 함수로 쿨롱힘 측정 ②
➃. 실험결과(3) - 일정한 거리에서 전압의 함수로 쿨롱힘 측정 ①
➄. 실험결과(4) - 일정한 거리에서 전압의 함수로 쿨롱힘 측정 ②
➅. 결과분석
➆. 고찰
⑧. 결론
⑨. 자료출처

본문내용

측정하였다. 쿨롱의 법칙을 적용하여 두 극판사이에 작용하는 전기력 ()을 유도해보면 전기력은 전압의 제곱이 비례하고, 두 극판사이의 거리의 제곱에 반비례 하게 된다. 따라서 우리는 쿨롱의 법칙을 검증하기 위해 전압이 일정할 때 두 극판사이의 거리를 바꾸면서 전기력을 측정하는 실험, 두 극판사이의 거리가 일정할 때 전압을 바꾸면서 전기력을 측정하는 두 가지의 실험을 해보았다.
위의 . 결과분석에서 봤듯이 실험데이터는 상당히 이론에 부합하는 데이터가 나왔다. 이를 통해 쿨롱의 법칙이 잘 성립 한다는 것을 확인 할 수 있다. 하지만 좀 더 좋은 실험을 위해 더 깊게 고찰을 해보고 원인을 알아보자.
⒜ 전자저울의 수형 문제
제일 처음 전자저울과 두 극판을 수평하게 놓고 실험을 하려고 하였으나, 수평이 잘 맞지 않았다. 수평을 맞추려고 해봤으나 실험기구(혹은 환경) 상의 문제로 완벽하게 수평을 맞추는 일은 실패하였다. 이것은 전기력이 미세할 때 측정할수록 오차의 영향력이 더 클 것이라 생각된다. 실험기구 및 환경을 정비하고 최대한 평형을 맞출수록 오차의 영향을 줄 일 수 있을거라 생각된다.
⒝ 유효숫자 문제
결과분석에서의 그래프들을 보면 전체적인 개형은 2차 그래프를 잘 따르고 있으나, 하나하나의 데이터가 정확하게 일치하지 않는 것을 알 수 있다. 이 부분은 직접 실험을 하면서 느꼇던 것인데, 전자저울이 표기할 수 있는 유효숫자가 소수점 이하 한자리 까지 밖에 표현할 수 없다는 한계가 있어서 그런 것 같다. 특히 실험 (1), (2) 에서는 극판 사이의 거리를 바꿀 때 질량으로 표시한 힘이 0.1~0.3kg 정도로 적게 변화 했기 때문에 더욱 영향이 커졌을 것이다. 더 좋은 실험을 위해서는 전자저울을 더 정밀한 것으로 바꾸는 방법과, 정밀한 값을 측정하지 않기 위해 전기력을 크게 만들어서 측정하는 방법이 있을 것이다. 또 살펴볼 것은 실험(1) 과 (2)를 비교했을 때 실험(2)의 그래프가 훨씬 깨끗한 2차 그래프로 나왔다는 것이다.
⒞ 극판의 면적에 따른 전기력
실험 (1), (2) 또 마찬가지로 실험 (3), (4)의 결과분석 그래프를 봤을 때 극판의 면적이 클수록 실험결과가 더 선명하게 보인다. 이것은 극판의 면적이 클수록 전기력이 커지기 때문인 것으로 보인다. 극판의 면적이 클수록 각 극판의 표면에 있는 전하의 수가 많아질 것이므로 전기장이 커질 것 이기 때문이다. 따라서 실험을 통해 선명한 결과를 보고 싶다면 가능한 큰 극판을 쓰는게 좋을 것이라고 생각 된다.
⒟ 극판의 가장자리에서의 불균일한 전기장
또 오차의 원인으로는 극판의 가장자리에서 생기는 불균일한 전기장을 들 수 있을 것이다. 예비 보고서에서는 ‘극판의 가장자리에서의 결과는 무시한다.’ 라고 썼는데 실제로 실험을 해 본 결과 극판의 가장자리에서의 결과만을 따로 분류해서 무시하기는 거의 불가능 했다. 따라서 어쩔 수 없는 오차의 원인으로 남겨야 할 것이지만, 최대한 면적이 큰(즉, 전체면적에 비해 가장자리의 비율이 작은) 극판을 쓸수록 이 오차의 영향은 미미해질 것이다.
⑧. 결론
두 극판 사이의 거리가 일정할 때 전압을 바꾸는, 일정한 전압일 때 두 극판 사이의 거리를 바꾸는 두 실험을 통해서 쿨롱의 법칙(, )을 잘 확인 할 수 있었다. 여러 가지 오차의 원인들이 있긴 하지만 미묘한 원인들에게 영향을 덜 받는 방식으로 실험을 설계한다면 거의 정확한 결과를 기대할 수 있을 정도로 어려운 실험은 아니었다.
⑨. 자료출처
1. 일반물리학 - JEWETT SERWAY 7th
2. 위키백과/위키피디아
3. 네이버 백과사전
4. 일반물리학 실험 - 성균관대학교 물리학과 물리실험위원회 편, 북스힐

키워드

일반물리학,   쿨롱,   실험결과,   극판,   거리의 함수,   쿨롱힘,   전압,   쿨롱의 법칙