[자연과학]물리실험 - 등전위선 측정

■ 실험 목적 물을 이용하여 여러 가지 형태의 전극에 대한 등전위선을 찾아 전기장의 개념을 이해한다. ■ 실험 기구 및 장치 여러 모양의 전극(직사각형, 반원형, 큰 원형, 작은 원형), 전극 연결선, 고정 검침봉, 이동 검침봉, 측정용 용지(모눈종이), 비커, 주사기, 검류계(내장) ■ 이 론 전하량 Q인 점전하가 공간에 놓여 있을 때 생기는 전기장은 다음 그림과 같다. 점전하 Q의 근처에 또 다른 전하 q가 놓여 있다고 하자. 전하 q가 갖는 위치 에너지는 쿨롱의 법칙에 의해서 주어지는데, 위치 에너지가 같은 점은 등전위에 있다고 한다. 쿨롱의 법칙에 따라서 등전위면은 전하 Q를 중심으로 한 구의 표면이 될 것이다. 이 때 점전하 Q에 의한 전기장의 방향은 등전위면에 수직이며, 이 전기장의 선은 전기력선과 방향이 같으므로 역선이라고 한다. 전하 q가 등전위면 위에서 움직이면, 전하 q의 위치 에너지 변화가 없으므로 이 성질을 이용하여 등전위면을 찾을 수 있다. 점전하 +Q와 -Q가 동시에 존재하는 경우의 등전위면은 어떻게 나타날 것인가? 이 때 역선의 형태는 그림 3과 같다. 앞에서 언급한 바와 같이 등전위면은 전기장 또는 역선에 수직하므로 아래 그림과 같이 등전위면을 그릴 수 있다. 본 실험에서는 이차원 평면에 형성되는 전기장을 고려한다. 먼저 두 점에 직류 전압을 걸어준다. 그러면 한 점은 (+)로 대전되고 다른 한 점은 (-)로 대전된다. 등전위선 위의 각 점은 동일한 전위를 갖고 있으므로, 서로 전위차가 0이다. 따라서 등전위선 위의 두 점을 연결하면, 전압이 0이므로 전류가 흐르지 않는다. 이 성질을 이용하여 등전위선을 찾아 낼 수 있다. ■ 실험 방법 ① 비커를 이용하여 고정 검침봉이 물에 살짝 잠기도록 수조에 물을 붓는다. ② 여러 전극 모양 중에 적당한 한 가지를 선택하여 수조 바닥의 눈금의 위치에 배치한다. (바닥에 표시된 곳 이외에도 가능하다.) ③ 전극에 전극 연결용 선을 연결한 후 전…
③ 전극…