쿨롱의 법칙-건국대학교 물리학 및 실험-2

목차

1. 실험목표
2. 실험원리
3. 실험기구 및 장치
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 토의
7. 참고자료

본문내용

1. 실험 목표
두 전하의 크기에 비례하고 두 전하 사이의 거리의 제곱에 반비례하는 힘을 정의한 ‘쿨롱의 법칙’을 두 전하 사이의 힘을 측정하여 확인한다.

2. 실험 원리
위 그림과 같이 점전하 q_1과 q_2가 있다고 하자. 이 점전하 사이에 작용하는 힘 F의 크기를 식으로 표현하면 다음과 같다. F = k_e (q_1 q_2)/r^2 여기서 q_1과 q_2는 두 물체의 전하량을, r은 두 물체 사이의 거리를, k_e는 쿨롱 상수 8.99×10^9 N*m^2/C^2 를 의미한다. 쿨롱 상수 k_e는 k_e = 1/(4πε_0 )으로도 표현할 수 있는데 ε_0는 진공의 유전율 8.85×10^(-12) C^2/N*m^2 을 의미한다.
또한 쿨롱의 법칙 F = k_e (q_1 q_2)/r^2 은 만유인력 법칙 F = G (m_1 m_2)/r^2 와 형태가 상당히 유사하다. 이 두 식의 유일한 차이는 전기력을 발생시키는 매개체는 ‘전하’이고 만유인력을 발생시키는 매개체는 ‘질량’이라는 힘을 발생시키는 매개체(원천)의 차이밖에 없다.
따라서 우리는 질량에 대한 개념을 만유인력의 법칙으로부터 얻은 것처럼, 전하에 대한 개념을 쿨롱의 법칙으로부터 이해할 수 있다.
먼저 만유인력의 크기 F는 어떤 각각의 물리량의 곱에 비례를 하는데, 이 물리량에 해당하는 것이 질량이다. 즉 만유인력을 발생시키는 것을 우리는 ‘질량’이라고 부르기로 했다.
만유인력과 같은 방법으로 전기력의 크기 F는 어떤 어떤 각각의 물리량의 곱에 비례를 하는데, 이 물리량에 해당하는 것이 전하이다. 즉 전기력을 발생시키는 것을 우리는 ‘전하’라고 부르기로 했다.
쿨롱의 법칙에는 ‘힘’ 뿐만이 아니라 ‘방향’도 작용한다. 만유인력은 인력만 작용하지만 쿨롱의 법칙은 인력과 척력이 존재한다. 각 물체의 전하가 같은 극이면 척력이, 각 물체의 전하가 다른 극이면 인력이 발생한다.

참고 자료

일반물리학실험/건국대학교 물리학과/북스힐/2021.03.01/p.173~178]