[물리실험] 전기장과 등전위선 실험(예비+결과)

목차

1. 제목

2. 실험 날짜

3. 조이름/조

4. 실험 목적

5. 실험 이론

6. 실험 기구 및 장치

7. 실험 방법

8. 실험 결과

9. 결과 분석

10. 토의하기

본문내용

고 전원에 연결하여 0.5이하의 전류가 흐르도록 한다.
③ 영점 조정을 한 디지털 전압계의 한 단자를 고정 전극에 연결하고 검류계의 다른 단자를 이동 전극에 연결 한다.
④ 고정 전극과 사이에 전류를 흘리면서 고정단자와 이동단자사이의 전위차 를 적당히 선택한다.
⑤ 단자를 이동하면서 정압계의 선택된 값이 나타나는 단자 위치를 여러 점 찾아 등압선을 그린다.
⑥ 전위차가 일정한 10개 정도의 서로 다른 등전위선을 그리고 그래프용지에 옮긴다.
8. 실험 결과 (제출용 등전위선 측정 그래프 참조)
9. 결과 분석
이번 실험을 통하여 등전위선에 대하 알아 볼 수 있었다. 우리는 전류가 ‘0’인 지점을 찾아 연결하여 등전위선을 그렸다. 실험 결과를 통해볼 때, 양극 전압으로부터 커다란 타원 형태로 뻗어 나가는 등전위선을 관찰 할 수 있었다. 가운데 부분으로 갈수록 타원의 형태가 거의 직선의 형태로 나타난다. 이론적으로 따지자면 등전위선의 간격은 전위차가 거리에 반비례하므로 전극에 가까울수록 사이거리가 짧고 조밀하게 단위면적에 조밀하게 분포되어 있어야 한다.
10. 토의하기
1) 등전위선을 그리면 좌우가 대칭이 되지 않는다. 그 이유는 무엇인가?
⇒ 등전위선은 전위가 같은 지점들을 한 줄로 이었을 때 만들어지는 선을 말한다.
전위는 전하가 만드는 전기장에 의해 전기적 위치에너지의 차이가 생기는 것을 말한다.
즉, (+)전하로부터 만들어지는 전기장에 의해 전하로부터 멀어 질수록 전위는 작아진다.
(-)전하는 반대로 (-)전하에 가까워질수록 전위가 작아진다.
(+)전하 하나면 놓여있을 때는 모든 방향으로 일정하게 전위가 감소한다. 따라서 전위가 같은 등전위선을 그려보면 전하를 중심으로 일정한 원이 그려진다. 전하로부터 같은 거 리만큼 떨어져 있으면 전위가 같다는 것을 의미한다.
그러나 (+)전하와(-)전하가 마주하고 있으면, 두 전하 사이에서 (+)전하에서 (-)전하로 이동할 때 (+)전하에 의한 전위 감소와 (-)전하에 의한 전위 감소가 동시에 나타나므로 매우 빠르게 전위가 감소하게 된다.
전위가 1V 떨어질 때마다 점을 찍으라고 한다면, 두 전하 사이에서는 두 전하의 바깥쪽 보다 더 많은 점들을 찍게 될 것이다.
따라서 두 전하의 사이가 두전하의 바깥쪽보다 등전위선이 더 조밀해 지는 것이다.
2) 등전위선 실험에서 전류가 변하여도 등전위선은 변하지 않는다. 왜 그럴까?
⇒ 전류를 높여도 저항이 변하지 않기 때문에 전압은 일정하게 비례한다.
등전위선은 말 그대로 같은 전압을 가지는 선을 의미한다. 전류를 많이 흐르게 하면
그에 비례하게 전압이 올라간다. 그러기 때문에 등전위선은 변화가 없고 이전 등전위 선과 나중의 등전위선은 전 같은 위치에서 전압만 올라간다.
3) 도체 상의 모든 점은 전위가 과연 같은가?
⇒ 도체 표면상에서는 12V로 등 전위를 이루고 있다. 다른 점에서는 차이가 나고, 직선 상서 는 0V가 나타나고 있다. 그러므로 도체 표면상에서는 등 전위를 볼 수 있다.
4) 등전위선의 간격이 좁은 곳은 전위의 변화가 어떠한가?
⇒ (일정 전위차마다 등전위선을 그릴 경우) 등고선이 좁은 곳은 경사가 가파르고 넓은 곳은 경사가 완만하다. 마찬가지로 등전위선도 좁은 곳은 전위의 변화가 크고 또한 전기장의 세기도 크다.
5) 등전위선과 전기력선이 수직인 이유는 무엇인가?
⇒ 전기력선은 말 그대로 전기력이 작용하는 방향을 나타내는 선이다. 등전위선은 전위 가 같은 점을 이은 선이기도하다. 질문의 내용은 '왜 전기력이 등전위선에 수직 으로 힘이 작용 하느냐'와 같다.
전기력이 가장 크게 작용하는 방향이 등전위선에 수직한 방향이기 때문이다. 힘이 가 장 크게 작용하는 방향은 (하전 입자를) 조금 움직였을 때 전위의 변화가 가장 크게 생기는 방향이다. 따라서 등전위선과 나란한 방향으로는 (하전 입자에) 를 조 금 움직였다고 보면 전위의 변화가 없기 때문에 그 방향으로 힘이 작용하지 않는 다. (힘은 벡터이므로 방향이 있다) 조금 생각해 보면 등전위선에 수직한 방향으 로 움직였을 때 전위의 변화가 가장 크게 생기는 것을 알 수 있을 거다.
6) 오차에 대해 토의해보자.
⇒ 검류계의 바늘이 ‘0’인 지점을 손으로 따라가며 측정해야 하는데, 한차의 오차도 없는 정확한 측정은 어려웠다. 또한 검류계가 전위차가 큰 곳에서는 크게 움직이다가 등전위 선 부근의 전위차가 작은 곳에서는 알아보기 힘들 정도로 바늘이 움직여서 등전위선인 지 아닌지 구분하기 힘들어서 오차가 생겼다.

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