등전위선 측정 실험

본문내용

이용하여 수조의 물을 완전히 빼낸다.
<주의사항>
1) 전압이 낮으면 전류가 0이 되는 점이 많이 나타나서 정확한 등전위선을 찾지 못할 수가 있다. 이때에는 전압을 높여 정확히 전류가 0이 되는 점을 찾는다.
2) 측정 시 이동 검침봉이 물에 수직하지 않은 경우에는 정확한 실험이 되지 않으므로 주의 하여야 한다. 또한 고정 검침봉이 움직이면 다시 처음부터 측정해야 하므로 주의한다.
3) 전극이 움직이기 쉬우므로 움직이지 않도록 주의하여 측정한다.
4) 물을 이용하기 때문에 기계에 물이 들어갈 수 있으니 주의한다.
● 실험 결과
※ 등전위면과 전기장을 그리시오.(등전위선과 전기장 참고)
1. 전극ⓐ
2. 전극ⓑ
3. 전극ⓒ
● 결론 및 토의
● 부 록
등전위면 전위가 같은 점을 연결한 선이나 면을 등전위선 또는 등전위면이라고 한다. 등전위면 위의 모든 점들은 전위차가 없으므로 등전위면 위에서 전하를 움직일 때 일이 필요 없다.
전기장 두 개의 점전하가 r만큼 떨어져 있다. 한 점전하 로부터 거리 인 곳의 전기장의 세기는 이다. 두 번째 전하는 주어진 전기장에 따라 반응한다는 점에서 전기장은 입자 사이의 매개체 역할을 한다. 다른 전하가 전기장의 세기는 단위 양(+)전하가 받는 힘의 크기로 정의하고 방향은 양(+)전하가 받는 힘의 방향으로 나타낸다.
전기력선 전기장 내에 놓인 작은 양(+)전하가 힘을 받아 움직여 가리라고 예상되는 자취를 연결하여 선으로 나타낸 것을 전기력선이라고 한다.
등전위면의 개념에 대한 이해를 돕기 위해, 중력과 비교해 보자.
지면의 위치에너지(U)를 0으로 정하고 물체를 높이 h까지 올리자. 외력에 의한 일은 이다. 수평으로 움직일 경우 위치에너지 값은 변하지 않는다.
따라서, 일정한 값을 가지는 중력 위치 에너지는 지표면과 평행하다.
지도에서 보는 산의 등고선은 다름 아닌 위치 에너지가 같은 지점을 연결한 선이다. <그림 1>에서의 등전위면은 등고선과 아주 유사하다.
정확히, 중력장에서의 위치에너지나 전기장의 전위에 의한 에너지는 일을 할 수 있다는 점에서 같은 에너지의 개념이다.
전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 하나의 점 전하 가 만드는 전기장의 전기력선은 가 있는 점을 중심으로 하는 방사선이며 등전위면은 점을 중심으로 하는 동심구면이 된다.
등전위면 위에서 전하를 이동시키는데 하는 일은 “0”이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서, 전기장의 세기는 그 면에 수직이다. 전기장이 일을 한다는 것은 점전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해 가는 경우이므로, 전기력선은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다. 따라서, 전기장 의 방향은 그 점에서 전위 가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소 변위를 라 하면, 와사이의 관계식은
(1)
또는
(2)
이다. 따라서, 전기장 는 등전위선(면)에 수직이 된다.

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