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물리실험 - 등전위선 측정
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1. 실험제목: 등전위선
2. 실험목적
여러 형태의 전극 사이에서 형성되는 등전위를 구하고 여러 position에서의 전기장을 측정하여 전위와 전기장의 관계를 알아보도록 한다.
3. 참고자료
(균일한 전기장에서) A에서 B로 이동을 하게 되면 행해진 일이 존재하지만, B에서 C로 양의 시험전하를 이동하면 균일한 전기장에 어디서나 수직하기 때문에 행해진 일이 존재하지 않는다. 이처럼 어디서나 전기장에 수직한 B에서 C로 가는 선을 등전위선이라 한다.
양의 점전하 (또는 이와 동등한 미소 대전구)를 보면 전하 q에서 거리가 r만큼 떨어진 곳의 전위는 V=(k0q)/r 와 같이 주어지며 모든 방향에 대하여 동일하다. 수식에서 알 수 있듯이, 거리에 반비례하고 전하 q에 비례하는 양상을 나타내는데, 이는 핵을 중심으로 방사형으로 퍼짐에 따라 등전위면 (등전위선)을 구성하는 모습으로 도식화된다. (좌측 그림)
도체의 경우, 표면 가까이에서 전기장이 도체에 수직하기 때문에 도체의 표면은 등전위면임을 알 수 있다. 지구 자체의 경우도, 도체와 같이 표면이 등전위면을 이루는데, 이 역시 전위의 0점으로 취급함을 알 수 있다.
등전위면은 다음과 같은 특징을 갖는다.
1) 각기 다른 값을 갖는 등전위선 (등전위면)은 중복되지 않는다.
2) 전기력선은 등전위면에 수직이며 전위 감소방향을 가리킨다.
3) 0이 아닌 전하 분포로부터 매우 떨어진 곳의 등전위면은 근사적으로 구형이다.
4) 어떤 특정한 장에서라도 무한대로 확장되는 등전위면은 오직 하나이며 무한대에 해당하는 값을 갖는다.
4. 실험원리
실험1의 그림과 같이 등전위선을 만들기 위한 실험 장치를 꾸몄을 때 나타나는 전위는 다음과 같다.
dV=-E∙dS
V=V2-V1 =-
또한 전위의 분포를 알면 전기장은 다음과 같은 전기장은 다음과 같이 전위로부터 방향성분으로 나타낼 수 있다.
Ex=- , Ey=- , Ez=-
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2014.05.23
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