일반물리학 실험 - 두 전하 사이의 힘을 측정하여 쿨롱의 법칙을 확인

1.실험 목적
쿨롱의 법칙은 두 전하의 크기에 비례하고 두 전하 사이의 거리의 제곱에 반비례하는 힘으로 나타낸다. 두 전하 사이의 힘을 측정하여 쿨롱의 법칙을 확인한다.

2.실험 원리
자석은 같은 극을 밀어내고 다른 극끼리는 당긴다는 것을 알고 있다. 전기 현상의 요인을 전하라고 부르며 전하는 질량과 같이 입자가 같은 한 속성이다. 전하를 띤 물체를 대전체라고 한다. 이러한 대전체 사이에도 힘이 작용하며 같은 종류의 전하 사이에는 서로 미는 힘이, 다른 종류의 전하 사이에는 서로 끄는 힘이 작용한다.
쿨롱은 이와 같은 전기힘이 두 대전체가 띤 전하량과 대전체 사이의 거리에 의해 어떻게 다른지를 실험을 통하여 조사하였다. 전기적 힘의 크기는 두 전하량의 곱에 비례하고 대전체 사이의 거리제곱에 반비례한다. 이를 쿨롱의 법칙이라고 한다.
즉, 전기적 힘 F와 전하 사이의 정량적인 관계는 다음과 같다.
(1)
전기적 힘 상수 는 이다. 을 유전상수라 부르며 값은 이다. 즉 전기적 힘도 중력과 마찬가지로 전하 사이의 거리 r의 제곱에 반비례하는 것을 나타낸다. 두 전하 의 부호가 같을 때 이 전기적 힘은 서로 미는 힘이 되고, 다를 때는 당기는 힘이다.
단면적이 A인 두 도체 평행판이 대전되어 d만큼 떨어져 전위차가 V가 되었을 때, 전기적 힘은 다음과 같다.
(2)

3.기구 및 장치
- 직류 고압 전원 장치
- 전자저울
- 평행판(크기별 2종)
- 마이크로미터
- 절연봉
- 줄자

4.실험 방법
1) 그림과 같이 설치한다. 이 때 전원 장치의 스위치는 OFF 상태로 있어야 한다. 그리고 전원장치의 스위치를 ON으로 하기 전에 전압 조정 손잡이를 최소로 하여 둔다.
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