일반물리학실험 | 등전위선과 전기장

 

 

 

TIP

 

 

주어진 전극 배치에 대해 등전위선과 전기력선을 그려봄으로써 전위와 전기장의 개념을 이해한다.

 

 

 

전위

전위는 단위 전하당 전기 위치 에너지이다. 즉, 정전기장이나 정상전류가 흐르는 전기장 내의 기준점으로부터 어떤 점까지 단위전하를 옮기는 데 필요한 일의 양을 전위라고 한다. 전기장 안의 전하는 전기장으로부터 전기적인 압력을 받는다. 이 때 전기적인 압력이 공간 내에서 불균일하다면 전하는 힘을 받아 가속 운동을 하게 된다. (+)전하 근처가 고전위이며, (-)전하 근처는 저전위이다. (+)전하에서 (-)전하 방향으로 전기장이 형성되며, 양전하는 전기장의 방향으로 가속된다.

 

중력장에서와 마찬가지로 전기장 내에서도 (+)전하를 전기장의 반대방향으로 이동시키려면 전기력을 거슬러 일을 해 주어야 한다. 전하를 이동시킬 때 외부에서 전하에 해 준 일만큼 전하는 전기력에 의한 위치에너지를 갖게 된다. 따라서, 수식으로 표현하자면, 전위 V=W/q (W는 일, q는 전하량)가 된다. 단위 전하당 위치에너지인 셈이다.

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실험 방법

실험 1 등전위선 측정

1) 베이클라이트 밑판 위에 전도성 종이를 올려놓고 원하는 형태의 금속 전극을 올리고 나비볼트가 금속전극과 전도성종이를 관통하여 밑판의 나사 구멍에 고정이 되도록 돌려 잠근다. 이 때 금속전극이 흔들리지 않도록 고정시킨다.

 

2) 나비볼트에 전선을 연결하고 전원을 연결한다.

 

3) 멀티미터의 검정색 탐침을 (-)극에 접촉시키고 나머지 탐침을 전도성 종이위에 접촉 시켜 특정한 전위를 갖는 점들을 찾아서 색연필로 표시하고 연결하여 등전위선을 만든다.

 

4) 여러 개의 등전위선을 일정한 전위차 간격으로 찾고 (-)극에서 등전위선 사이의 전압을 전도성 종이 위에 표시한다.

 

실험 2 전기장 측정

1) 실험 1에서 찾은 등전위선 위 임의의 점에서 멀티미터의 검정색 탐침을 대고 이 점을 중심으로 다른 쪽 탐침으로 원을 그리며 전위차가 최대가 되는 점을 찾아 표시를 한다.

 

2) 원의 중심과 최대전위차 점을 연결한 선을 긋고 화살이 (+)극에서 (-)극 방향으로 향하도록 화살표를 그린다.

 

3) 다시 화살표의 시작 지점(최대 전위차 점)에 멀티미터의 검정색 탐침을 대고 다른 쪽 탐침으로 원을 그리며 전압의 변화를 관찰하여 전압의 변화가 최대인 점을 찾는다.

 

4) 2), 3)의 과정을 반복한다.

 

 

[일반물리학실험]등전위선과 전기장 레포트