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일반물리학 실험 - 쿨롱의 법칙
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일반물리학 실험 - 쿨롱의 법칙
1. 이론 요약
전기현상의 요인을 전하라고 부르며 전하는 질량과 같이 입자가 가지는 하나의 속성이다. 또한, 전기현상이란 전하와 전하 사이의 영향(힘)을 미치는 것을 가리킨다.
전기힘과 전하 , 사이의 정량적인 관계 를 쿨롱의 법칙이라고 하며, 전기힘도 중력과 마찬가지로 전하 사이의 거리 의 역제곱에 비례하는 것을 나타낸다. 두 전하 , 의 부호가 같을 때 이 전기힘은 서로 미는 힘이고, 다를 때는 당기는 힘이다.
고압 전원장치에 의하여 두 콘덴서판으로 불릴 수 있는 금속의 극판에 전원장치를 연결한다. 이런 상태에서 전압을 공급하면 콘덴서판의 기하학적 구조에 의하여 양 극판에는 전하가 형성된다. 이 경우에 적용되는 식은
이다.
여기서 는 진공 중의 유전율을 나타내며, 는 극판의 면적이고 는 두 극판 사이의 거리이다.
거리 만큼 떨어져 있는 면적 의 두 극판으로 구성된 평행판 콘덴서를 생각해 보자. 마주 보고 있는 두 극판의 면에는 크기가 같고 부호가 반대인 전하 가 형성된다.
두 극판 사이의 중간 영역에서의 전기장은 균일하나 극판의 모서리 부근에서 전기력선 휘어진 모양을 하고 있으므로 전기장이 균일하지 않다는 것을 알 수 있다. 는 두 극판 사이의 전압이고 는 캐패시턴스라 불리우는 정전용량이다. 그리고 이 값들은 콘덴서의 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 그리고 의 단위는 패럿으로 이고 1는 매우 큰 양이기 때문에 , 등의 단위를 주로 사용한다. ().
극판의 면적이 크면 상식적으로 많은 전하가 쌓이게 되고 극판 사이의 거리가 멀어지면 전기장에 의해 상대적으로 힘을 덜 미치게 되므로 전하가 덜 모이게 된다.
예를 들어 의 두 극판이 10 간격으로 설치되어 있고 10,000의 전압을 가했을 때 이들 극판 사이의 정전용량을 구해 보면 이다. 이 값을 이용하여 극판에 있는 전하량을 계산하면 이다(극판 모서리에서의 효과는 고려하지 않은 상태이다).
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2013.12.26
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