[레포트] 평행판 축전기의 전기용량

1. 실험제목 : 평행판 축전기의 전기용량

2. 실험목적 : 대전된 두 평행판 사이의 거리와 전압 차, 유전체에 따라 충전되는 전하량을 측정하여 축전기의 전기용량 개념을 이해한다.

3. 이론

[1] 쿨롱의 법칙 (Coulomb`s law)
쿨롱의 법칙은 만유인력과 같이 거리제곱에 반비례하는 힘이지만, 전하의 극성에 따라 인력 혹은 척력이 작용된다. 쿨롱의 법칙에 의한 두 전하 q1, q2 사이에 작용하는 전기력(F)은 다음과 같이 표시된다.
여기서 힘 F의 단위는 뉴튼(N), 거리 r은 미터(m), 전하 q1, q2는 쿨롱(C)이다. ε0는 진공에서 유전율을 의미하며, π는 원주율을 의미한다. 원자에서 핵과 전자사이에서 힘은 만유인력보다 전기력이 훨씬 크므로 만유인력은 무시하고 쿨롱의 법칙을 사용하여 계산한다.
전하 q가 있을 때 거리 r에서 전기장(E)은 단위전하 즉 +1C의 전하가 놓였을 때 그 전하가 받는 전기력의 크기로 정한다. 전기장의 방향은 고전위인 양극에서 저전위인 음극으로 향한다. 전기장의 단위는 N/C이다.
[2] 축전기 (capacitor/condenser)
주로 전자회로에서 전하를 모으는 장치이다. 진공 축전기, 공기 축전기, 금속화종이 축전기 등이 있다. 보통 2장의 금속판을 전극으로 하고 그 사이에 절연체(유전체)를 넣은 구조로 만든다.
[3] 전기용량 (electric capacity)
축전기에서 걸어준 전위(전압)당 충전되는 전하량으로서 1V의 전압을 걸었을 때 축전기 역할을 하는 회로에 모이는 전하량이다. 단위는 패럿(F)이다. 이상적인 평행판 축전기의 경우, 전기용량은 전극의 면적과 유전체의 유전상수에 비례하고 전극 사이의 거리에 반비례한다.
[평행판 축전기 그림]
도체판에 전하가 균일하게 분포되어 있는 경우 전기장은 가우스 법칙에 의하여 다음과 같다.
…

4. 실험방법

(1) 먼저 전원장치의 스위치가 OFF 상태로 있는지 확인하고 전원장치의 전압조정 손잡이를

(2) 전자저울의 발 높이를 조정하여 수평으로 설치하고 눈금의 0점을 조정한다.

(3) 큰 알루미늄 평행판을 알코올로 깨끗이 닦은 다음 그림 1과 같이 실험 장치를 배선하고, 평행판의 간격을 위쪽 마이크로 게이지를 이용하여 조절이 가능할 수 있는 간격으로 아래 판과 윗 판의 간격을 맞추어 평행하게 설치한다.

(4) 평행판 위쪽 마이크로 게이지를 이용하여 평행판사이의 내부 간격을 원하는 간격으로 조정한다.

(5) 전원장치의 전원스위치를 ON으로 하고 전압을 2~8 kV까지 증가 시키면서 변화되는 질량을 표에 기록한다.

(6) 측정 후 전압조정 손잡이를 최소로 한 후 전원을 끈 다음 절연봉을 이용하여 전극판에

(7) 변화된 질량으로 두 판 사이에 작용하는 힘의 크기를 구하고, 식(10)을 이용하여 전기용량을 구한다.

(8) 두 전극판 사이에 유전체(유리판, 아크릴판)를 삽입하여 (4)~(7)과정을 반복한다.

5. 참고문헌