일반물리학실험 | 전하의 발생과 보존

 

 

 

TIP

 

 

1. Faraday Ice Pail과 대전봉을 사용하여, 전하의 발생, 전하의 이동, 전하의 보존 등을 실험으로 확인한다.
1) 실험 A : 대전봉에 의해, faraday ice pail에 전하가 유도되는 것을 확인하기 위해 실험한다.
2) 실험 B : 전하가 보존되는지 확인하기 위해 실험한다.
3) 실험 C : 물질마다 전하의 크기와 극성의 차이를 확인하기 위해 실험한다.

 

 

 

정전기는 옛날부터 마찰전기로서 알려져 있었는데, 18세기 후반부터 C.쿨롱과 그 밖의 사람들에 의해 정량적 연구가 이루어져, 전기의 응용과 전자기학 발전의 기반이 되었다. 정전기는 마찰전기처럼 물체 위에 정지하고 있는 전기를 말한다. 이 경우의 전기현상은 자극에 의한 자기현상과 비슷하다. 예를 들면 유리막대를 비단천으로 문지르면 유리막대에 양전기가 생기고, 에보나이트막대를 털로 문지르면 에보나이트막대에 음전기가 생기는데, 전기적 힘으로는 쿨롱힘만이 문제가 된다.

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실험 방법

1 실험 A : 유도에 의한 전하와 접촉에 의한 전하

1) 그림 1과 같이 전위계를 Faraday Ice Pail에 연결한다. 실험에 앞서 Ice Pail을 꼭 접지 시키도록 한다. Ice Pail이 접지 되었을 때 전위계는 영을 가리키며, 이는 Ice Pail에 전하가 없다는 것을 의미한다. Ice Pail에서 전하가 완전히 제거 되었을 때 전위계의 Zero 버튼을 누른다.

 

2) 전위계의 전압 범위는 항상 최대로(100V) 설정한 후 시작하고, 필요하면 전압범위를 낮추도록 한다.

 

 

3) 대전봉은 전하가 유도된 대전물체로 사용된다. 다음은 대전봉을 사용하여 전하를 발생하는 방법이다.

① 대전봉의 목과 손잡이를 접지 시켜 손잡이와 목에 남아있는 잔류 전하를 제거한다. 대전봉의 목부분을 입으로 불면, 입김으로 인하여 잔여 전하를 제거하는데 도움이 된다.

② 전하를 +극와 –극으로 분리 시키기 위해 검은색과 흰색 대전봉을 함께 문지른다.

③ 사용하려는 대전봉 하나만을 손으로 잡고 다른 하나는 Ice Pail에서 멀리 떨어진 곳에 둔다.

④ 대전봉을 Ice Pail에 넣기 전에 꼭 Ice Pail을 접지 시켜야 한다.

 

4) 조심스럽게 대전봉을 Ice Pail 안쪽으로 넣는다. 이때 봉이 Ice Pail에 닿지 않도록 하여, Ice Pail의 반 이하 깊이로 넣어야 한다. 이때의 전위계의 눈금을 읽는다.

 

5) 대전봉을 제거하고 다시 전위계의 눈금을 읽는다. 만약 봉이 Ice Pail에 닿지 않았다면 전위계의 눈금은 Zero가 되어야 한다.

 

6) Ice Pail이 얻은 전하가 대전봉으로 부터 전달되었다는 것을 보여주기 위해 Ice Pail을 접지시켜 모든 전하를 제거한다. 전위계의 Zero버튼을 눌러 잔여 전하를 제거한다. 대전봉을 다시 Ice Pail에 삽입한다. 대전봉에 전하가 남아 있는가?

 

2 실험 B : 전하의 보존

1) 대전되지 않은 흰색과 검은색 대전봉을 함께 문지른다. 실험A에서와 같은 방법으로 전하를 발생한 후, 두 봉을 모두 다른 물체에 닿지 않도록 하여야 한다.(두 봉이 서로 부딪히거나, Ice Pail에 닿지 않도록 양손에 따로 따로 쥐도록 한다)

 

2) 두 대전봉을 차례로 Ice Pail에 넣은 후 전위계의 눈금을 읽어서, 각 대전봉의 전하의 크기와 극성을 측정한다.

 

3) 대전봉들을 접지 시켜서, 전하를 완전히 제거한다. 대전봉의 목과 손잡이 부분에 존재하는 잔여 전하도 제거하는 것을 잊지 말자.

 

4) 두 대전봉을 Ice Pail에 넣고, 함께 문질러라. 전위계의 눈금을 읽는다. 이때, 대전봉이 Ice Pail에 닿지 않도록 주의하여야 한다.

 

5) 한 개의 대전봉을 Ice Pail에서 꺼내고, 전위계의 눈금을 읽어라. 다른 하나와 교체한 후 전위계의 눈금을 읽어라. 방금 측정한 전하의 크기와 극성으로부터 전하의 보존에 대해서 말해 보자.

 

3 실험 C. 추가 실험

1) 실험 A에서 나머지 하나의 반대의 극성을 가진 대전봉을 사용하여 실험을 반복하여라.

 

2) 흰색 대전봉과 테스트 봉을 함께 문지른 후, 대전봉의 전하의 크기와 극성을 측정해 보아라.

 

3) 검은색 대전봉과 테스트 봉을 함께 문지른 후, 대전봉의 전하의 크기와 극성을 측정해 보아라.

 

4) 물질의 목록을 만들어보자. 만약 목록에서보다 낮은 물질과 목록에서 보다 높은 물질을 함께 문지를 경우, 보다 높은 물질이 항상 +극이된다.

 

 

[일반물리학실험]전하의 발생과 보존 레포트