(A+) 일반물리학실험2 등전위선

목차

1.실험 목적
2.실험 원리
3.실험 장비
4.실험 방법
5.측정값
6.실험 결과
7.결과에 대한 논의
8.결론
9.참고문헌

본문내용

1.실험 목적
주어진 전극 배치 및 전류에 따른 등전위선과 전기력선을 그려봄으로써 전위와 전기장의 개념을 이해한다.

2.실험 원리
점전하 q가 존재할 때, 해당 전하와 거리 r만큼 떨어진 지점의 전위는 아래와 같다.
V=1/(4πϵ_0 ) q/r
이 식으로부터 점전하 q에서 방사상으로 같은 거리 r만큼 떨어진 점의 집합인 구의 표면은 전위가 같으며, 이를 등전위면이라 한다. 전기장 내에서 같은 전위를 갖는 점들의 집합을 3차원 공간에서는 등전위면이라 하고, 2차원 평면에서는 등전위선이라 한다.

등전위선 위에 있는 전하 q를 등전위선 위를 따라 움직인다고 생각해 보자. 전기장 내에서 전하 q를 한 점에서 다른 점으로 이동시키는 데 필요한 일 dW는 아래와 같다.
dW=qdV=-qE ⃗dl ⃗
등전위선 위를 움직이므로 dV=0이고, 따라서 dW=0이다.
이 때 dl ⃗ 의 방향이 등전위선의 접선 방향이라고 가정하면 등전위선의 접선 방향 성분의 전기장 크기는 0이다. 따라서 전기장과 전위 사이의 관계는 아래와 같다.
E ⃗=-dV/dl r ̂
r ̂은 등전위선에 수직인 단위 벡터이며, 전기장의 방향은 등전위선에 수직인 방향, 즉 전위차가 최대인 방향이다.

3.실험 장비
Conductive paper, Bakelite board, DC Power Supply, Multimeter, Electrode(Rectangle), Wingnuts, Clip wires, Compass, Crayon

4.실험 방법
실험 1) 등전위선 관찰
베이클라이트 판 위에 전도성 종이를 올려놓는다.
원하는 형태의 금속 전극(이번 실험에는 직사각형 전극을 사용함)두 개를 올려 놓고 윙너트(나비볼트)를 금속 전극의 홀과 전도성 종이를 관통하여 베이클라이트 판의 나사홀에 충분히 조여 고정시킨다.

참고 자료

부산대학교 물리학교재편찬위원회, 『일반물리학실험』, 5판; 민음사, 2019, pp 210~212
이진환, 컴퓨터용 테이블렛과 아날로그-디지털 변환기를 위치감지기와 전위감지기로 사용한 반자동식 전위분포측정 실험장치, KR19980015827A, 1996