물리 및 실험 - 등전위선

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본문내용: 1.실험목적
정전기, 벼락과 같은 전기현상을 일으키는 요인을 전하라고 부르며 전하들이 일으키는 대표적인 전기현상은 전하사이에 미치는 힘(전기력)이다. 두 전하사이의 전기력은 전하의 곱에 비례하고 떨어진 거리의 제곱에 반비례하는데 이를 쿨롱(Coulomb)의 법칙이라고 부른다.
서로 떨어진 전하사이에 미치는 힘을 이해하는데 전기마당이라는 개념을 도입하면 편리하다. 즉, 전하가 있으면 그 주위에는 전기마당이 생기고, 이 전기마당내에 다른 전하가 있으면 그 전하는 전기마당에 의해 영향(힘)을 받게 된다고 생각한다. 정량적으로는 전기마당은 (+)1 쿨롱(C)의 단위전하가 받는 힘으로 정의하며, 따라서 전기력과 전기마당사이에는 비례관계가 성립하고 비례상수는 힘을 받는 전하의 전하량이다.
전기력을 받는 전하는 누가 붙잡고 있지 않으면 가속되어(뉴턴의 운동법칙) 점점 운동에너지가 증가한다. 이 에너지는 어디에서 오는가? 전하의 운동에너지의 증가는 전기마당에 저장되어 있던 (전기)퍼텐셜에너지가 변환된 것이다. 즉, 전하를 다시 원래의 자리로 갖다 놓으려면 바닥에 떨어진 물체를 들어올릴 때와 마찬가지로 우리가 일을 해 주어야만 한다. 두 위치 사이에서 (+)1 쿨롱(C)의 단위전하를 이동시킬 때 해주어야 하는 최소일을 전기퍼텐셜의 차 또는 전위차라고 부른다. 여기서 말하는 최소일의 경우란 전하의 운동에너지를 변화시키지 않고 움직이는 극한을 의미한다. 어느 편리한 한 위치를 표준위치로 택하고 그 곳의 전위를 편리한 값(0)으로 약속하면 이 곳과의 전위차가 각 지점에서의 전위 또는 전기퍼텐셜이 된다.
한 전하 또는 여러 전하가 모여있는 주위의 한 곳에서 어떤 전기현상이 일어날 것인가는 그 전하(들)에 의해 형성된 전기마당이나 또는 그 지점과 부근에서의 전위를 알면 된다. 원칙적으로는 어떤 전하분포든지 쿨롱의 법칙과 전기력의 중첩원리 즉, (벡터)합성특성을 이용하여 주위의 전기마당을 구할 수 있지만, 점전하 또는 균일하게 분포되어 있는 대칭적인 전하모임의 경우에는 주위의 전기마당을 손쉽게 구할 수 있는 방법이 있는데 이를 가우스의 법칙이라고 부른다. 그러나 가우스의 법칙은 쿨롱의 법칙을 다시 표현한 것일 뿐 새로운 내용을 담고 있는 것은 아니다.

참고문헌: 5. 참고 서적
새대학 물리Ⅱ 서울대학교 물리교재 편찬위원회 교문사 1998

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