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[Best] [물리학 實驗] 등전위선 - 전기마당과 가우스의 법칙

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작성일 23-04-30 06:51

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물리학 실험,등전위선,전기마당,가우스의 법칙
[물리학 實驗] 등전위선 - 전기마당과 가우스의 법칙

☞ 전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 시험 전하 q 가 이 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 로 定義(정의)된다. 전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. +Q의 점전하와 -Q의 점전하가 공간에 놓여 있을때는 그림과 같은 전력선과 등전위면을 그릴 수 있다아

그림 ⒝는 위에 언급한 대로 하나의 점 전하가 만드는 전기력선과 등전위선인데, 전기력선은 방사선형태이고, 등전위선은 동심원 형태로 간격에 차이가 있다아

이 實驗에서는 도체관에 전류를 흐르게 하여, 그 위에 등전위선을 그리고 전기장과 등전위선에 관한 성질을 알아보도록 한다.

등전위면 위에서 전하를 이동 시키는데 하는 일은 영이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 한편 그 점의 전위V는 단위 전하당의 위치에너지로 定義(정의)된다. 따라서, 전기장E는 등전위선(면)에 수직이 된다. 따라서, 전기장의 세기는 그 면에 수직이다. n은 등전위면(선)에 수직인 단위 벡터이다. 정량적으로는 전기마당은 (+)1 쿨롱(C)의 단위 전하가 받는 힘으로 definition 하며, 따라서 전기힘과 전기마당 사이에는 비례 관계가 성립하고 비례상수는 힘을 받는 전하의 전하량이다.
다. 정량적으로는 전기마당은 (+)1 쿨롱(C)의 단위 전하가 받는 힘으로 정의하며, 따라서 전기힘과 전기마당 사이에는 비례 관계가 성립하고 비례상수는 힘을 받는 전하의 전하량이다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기장이 일을 한다는 것은 점전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해가는 경우이므로 전력선은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다.

또는
순서

이다.

서로 떨어진 전하 사이에 미치는 힘을 이해하는데 전기마당이라는 관념을 도입하면 편리하다. 즉, 전하가 있으면 그 주위에는 전기마당이 생기고, 이 전기마당 내에 다른 전하가 있으면 그 전하는 전기마당에 의해 영향(힘)을 받게 된다고 생각한다. 이 실험에서는 도체관에 전류를 흐르게 하여, 그 위에 등전위선을 그리고 전기장과 등전위선에 관한 성질을 알아보도록 한다.

◉ 그림 ⒜는 균일한 전기마당의 경우로 Field line 은 같은 간격의 직선이 되고, 등전위선(면)은 Field line에 수직한 같은 간격의 직선(평면)이다.

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그림 ⒞는 크기가 같고 부호가 다른 두 전하가 놓여 있을때의 전기력선과 등전위선이다. 즉, 전하가 있으면 그 주위에는 전기마당이 생기고, 이 전기마당 내에 다른 전하가 있으면 그 전하는 전기마당에 의해 influence(힘)을 받게 된다고 생각한다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴수 있다아 하나의 점 전하Q가 만드는 전기장의 전력선은 Q가 있는 점을 중심으로 하는 방사선이며, 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 등심구면이 된다. 따라서, 전기장 E의 방향은 그 점에서 전위 V가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소 변위를 이라 하며, E와 V 사이의 관계식은
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서로 떨어진 전하 사이에 미치는 힘을 이해하는데 전기마당이라는 개념을 도입하면 편리하다.

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