[물리응용] 수조를 이용한 등전위선 측정

소개글

[물리응용] 수조를 이용한 등전위선 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

물리응용 - 수조를 이용한 등전위선 측정

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험방법
4. 실험기구 및 장치
5. 실험결과
6. 생각할점
7. 고찰

*참고(숙제)

본문내용

고 자유로이 이동할 때 그리는 선을 전기력선이라고 한다. 따라서 전기력의 방향과 그 점에서의 곡선의 접선이 일치하게 된다. 전기력선은 양전하(고전위점)에서 시작하여 음전하(저전위점) 혹은 무한원점에서 끝난다. 이것이 항상 폐곡선을 이루는 자기력선과의 차이점이기도 하다.
전기력선의 밀도를 그 점에 대한 전기장의 세기와 같도록 정의한다면 원천 전하에서 발산하는 전기력선을 유한한 값으로 취할 수 있게 된다. 즉,전기장의 세기 E인 점에서는 전기장 방향에 수직한 면을 지나는 전기력선을 1m2 당 E개의 비율로 그리는 것으로 정하고 있다. 따라서 전기력선의 밀도로 전기장의 세기를 나타낼 수 있으며, 전기력선이 밀한 곳은 전기장이 센 곳이며 전기력선의 밀도가 낮은 곳은 전기장이 약한 곳을 의미한다. 또한 전기력선은 진행도중 분리되거나 교차하지 않으며, 전하가 없을 때 생기거나 소멸되지 않는다. 그리고 등전위면과는 항상 수직으로 교차하는 특성을 갖는다.
전기장
전기를 띤 전하나 시간에 따라 변하는 자기장 주위의 공간에는 전기장이 형성된다. 이 전기장 안에서 하전된 물체는 전기력을 받게 된다. 전기장은 패러데이(Michael Faraday)가 처음 소개한 물리량으로 전장 또는 전계라고도 한다. 전기장은 보통 기호 E로 표시하며, 크기와 방향을 갖는 벡터량이다. 국제표준단위계의 단위로 N/C(newton per coulomb), 혹은 V/m(volt per meter)를 사용한다.
정전기에서는 단위 전하에 작용하는 전기적인 힘을 전기장으로 정의한다. 전기장의 방향은 양전하에서 나가서 음전하로 들어오는 방향이며 이것이 곧 힘의 방향이기도 하다. 전기장의 크기는 전하의 크기에 대한 전기력으로 정의한다. 곧 전기장은 힘과 전하량 사이의 비례상수가 된다. 식으로 표현하면 E=F/q(굵은 글자는 벡터를 의미한다.)이며, 이것이 쿨롱의 법칙이다. (쿨롱의 법칙은 정전기에서의 전기장만 설명할 수 있을 뿐, 전하의 움직임이 있을 경우는 로렌츠의 법칙으로 전기장을 설명할 수 있다.) 여러 개의 전하가 분포되어 있을 경우에, 전기장은 전하들의 상대적인 위치와 크기에 따라서 결정되며, 각각의 전하에 의한 전기장의 벡터합과 같다. 또한 전기장 내의 한 위치에서의 전기장의 크기는 전하로부터 거리의 제곱에 반비례한다.
한편 움직이는 전하는 전기장과 함께 자기장도 만들어내는데, 자기장이 시간에 따라 변할 경우 전기장을 만들어낸다. 이것을 이차전기장(secondary electric field)이라고 하며 패러데이의 유도법칙을 사용하여 계산할 수 있다. 일반적으로 전기장과 자기장은 완전히 분리되지 않기 때문에 전자기장이라고 한다.
전기장 내에 탐색전하(test charge)가 있을 경우, 탐색전하는 공간의 각 점에서 전기장 방향으로 이동한다. 이 방향을 이어가면 하나의 곡선을 얻을 수 있으며, 곡선상 각 점에서의 접선은 그 점에서의 전기장의 방향을 나타낸다. 전기장의 방향을 그린 전기력선과 전위가 같은 점을 이은 등전위면을 통해 전기장의 분포상황을 나타낼 수 있다.
전기장 내에는 그 전기장을 발생시키기 위해 공급된 에너지가 존재하며 전기장의 제곱에 비례한다. 즉, 단위부피당의 정전기에너지 u는 공간의 유전율이 ε일 때, u=(1/2)εE2으로 주어진다. 양자역학에서는 전자기장에서의 매개입자를 광자(photon)라고 하며, 광자의 에너지는 hv(h는 플랑크 상수, v는 진동수이다.)로 양자화되어 있다.
자기장
자석이 지닌 자기력이 미치는 공간을 의미한다. 자기력은 물체 사이 거리의 제곱에 반비례하므로, 자석이 어느 정도 멀어지면 자기력을 거의 느낄 수 없다. 따라서 자석 사이의 힘이 느껴지는 거리 내의 공간을 자기장이라 한다. 마찬가지로 중력이 작용하는 공간을 중력장, 전기력이 작용하는 공간을 전기장이라 한다.
전류가 흐르는 도선 주위에는 항상 자기장이 형성된다. 이는 전류가 흐르는 도선 위에 나침반을 가져다 놓았을 때, 자침이 움직이는 것을 보고 알 수 있다. 이와 같이 전기장과 자기장은 상호작용하며, 이 원리는 발전기, 전동기 등에 널리 이용된다.
자기력선
자기장은 자기력선으로 표현할 수 있다. 자기력선의 밀도는 자기장의 세기를 나타낸다. 자기력선의 간격이 촘촘할수록 자기장의 세기가 세다. 자석의 양쪽 자극에서 자기력선의 밀도가 높고, 자극으로부터 점차 멀어지면 자기력선의 밀도가 낮다. 흰 종이 아래 자석을 놓고, 종이 위에 쇳가루를 뿌리면 자기력선을 볼 수 있다.
(출처:네이버 백과사전)

키워드

물리응용,   수조,   등전위선 측정,   실험결과,   전극,   전기장,   등전위선,   전위차