[일반물리학실험] 등전위선

소개글

[일반물리학실험] 등전위선

목차

1.실험목적

2.실험이론

3.실험도구

4.실험방법

5.실험결과

6.분석 및 토의

본문내용

1. 실험 목적

두 개의 전극에 의해 전기장이 형성된 수조 안에서 등전위선의 모양 및 전기장의 방향을 찾고 이를 통해 전기장의 개념을 이해한다. 또한 전극의 모양에 따른 등전위선의 형태를 비교한다.

2. 실험 이론

전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 가 이 전기장 내에서 힘 를 받을 때, 그 점에서 전기장은 로 정의된다. 한편, 그 점에서 전위 는 단위전하당의 에너지로 정의된다.

전기장 내에는 같은 전위를 가지는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 하나의 점전하 가 만드는 전기장의 전기력선은 가 있는 점을 중심으로 하는 방사선이며 등전위면은 점을 중심으로 하는 동심구면이 된다.

등전위면 위에서 전하를 이동시킬 때 하는 일은 “0”이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서 전기장의 세기는 그 면에 수직이다. 전기장이 일을 한다는 것은 정전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해 가는 경우이므로, 전력선은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다. 따라서 전기장 의 방향은 전위 가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소변위를 이라 하면, 와 사이의 관계식은



또는



이다.
따라서 전기장 는 등전위선에 수직이 된다. n은 등전위선에 수직인 단위벡터이다. 편의상 2차원 평면에 대해서 실험적인 이론을 생각해보자. 즉 어느 도체판의 두 단자를 통해서 전류를 흐르게 할 때, 도체판 내에서의 전류 유선의 방향은 전기장의 방향을 나타낸다. 이 유선에 수직인 방향에는 전류가 흐르지 않으므로 전위차도 없다. 이와 같은 점을 이은 선은 등전위선이 된다. 따라서 도체상의 두 점 사이에서 전류가 흐르지 않는다면, 이 두 점은 등전위상에 있는 점이 된다.

참고 자료

없음