[일반물리실험2] A+ 전기장과 전기퍼텐셜 (결과레포트)

목차

1. 실험 목적
2. 데이터 정리(점, 막대, 말굽 전극체)
3. 결과 분석
4. 질문
5. 토의(오차 분석)
6. 참고 문헌

본문내용

실험 목적
수조 안에서 여러 가지 모양의 전극의 형태에 따른 등전기퍼텐셜선을 그리고 전기장의 흐름을 이해한다.

데이터 정리
cf. 전압계 측정값의 변화를 잘 확인하기 위해 전압을 DC 5V 걸어준다.

<그림 6>에서와 같이 평행인 두 도체판을 서로 가까이하면 과잉전하가 두 도체판에 수직인 방향으로 움직인다. 여기에 E=-dV/dl 이므로, 전기장 E의 방향은 등전기퍼텐셜선과 항상 수직이다. 따라서 <그림 2>의 경우, 등전기퍼텐셜선이 막대와 나란하게 나타나야 한다. 다만 이는 막대의 길이가 무한함을 가정하였을 때의 전제이며, 실제로는 유한하므로 전기장선은 막대 가장자리에서 곡선 모양으로 나타나며 이를 가장자리 효과라 부른다. 그러나 실험에서는 양의 막대판에 가장 가까운 등전기퍼텐셜선이 막대와 나란하게 나타나지 않음을 보아 측정이 정확하지 않았음을 알 수 있다.
말굽 모양 전극체의 경우, U자로 중앙 부분이 깊숙이 들어가 있는 형태이다. 또한 전극과 가까운 부분에 대해 말굽 끝부분에서는 가장자리 효과에 의해 휘어지는 형태로 나타난다. 따라서 <그림 3>의 경우 등전기퍼텐셜선이 전극체와 가까운 부분에서 M자로 나타난다고 볼 수 있다.

<그림 7>
말굽 모양 전극체가 존재하는 상황에서 원판 모양의 도체를 수조 상에 놓은 경우, 외부 전기장에 고립된 도체가 놓인 상황으로 해석할 수 있다. 이 때, 도체 내의 모든 점에서는 같은 퍼텐셜을 가지며 자유전자가 도체의 표면에서 움직여 도체 내부 전기장이 외부 전기장을 상쇄한다. 또한 전자는 전기장이 모든 점에서 표면에 수직하도록 분포하므로 <그림 7>과 같은 형태로 전기장이 나타난다. 따라서 전기장 E의 방향은 등전기퍼텐셜선과 항상 수직이므로 <그림 4>와 같은 형태로 원판 모양의 도체 주위의 등전기퍼텐셜선이 존재할 것이다.

질문
1. 수조 안에 +전극만 설치하는 경우에도 등전기퍼텐셜선을 측정할 수 있는가? 그렇지 않다면 이유는?

참고 자료

데이비드 할리데이, 일반물리학 2, 텍스트북스, 11판, 2021년, 22~23p, 65~66p, 88p, 98p
일반물리학실험2 1주차 매뉴얼, 서강대학교 물리학과