[자연과학] [물리학 실험] 전기마당과 가우스의 법칙

전기마당과 가우스의 법칙

1. 실험 목적

전기현상을 일으키는 요인을 전하라고 부르며, 전하들이 일으키는 대표적인 현상은 전하 사이에 미치는 힘이다. 두 전하 사이의 전기력은 전하의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례하는데, 이를 쿨롱의 법칙이라고 한다. 즉, 전하가 있으면 그 주위에 전기마당이 생기고, 이 전기마당내에 다른 전하가 있으면 그 전하는 전기마당에 의하여 힘을 받게 된다. 이 힘에 의한 전하의 운동에너지의 증가는 전기마당에 저장되어 있던 퍼텐셜에너지가 변환된 것이다.
이 실험에서는 전도성 종이 위에 두 전극을 놓고, 전극사이의 전압을 걸어 준 다음 전극 주위의 등전위점을 찾고, 이를 연결하여 등전위선을 구한다. 또 한점 주위의 전위를 구하여 전기장을 조사한다.

2. 배경이론

전기마당이 E1과 E2인 두 지점 사이의 +1C의 전하를 등속도로 옮기는데 드는 일을 전위차라고 정의한다. 만약 전기마당이 0이 아닌 인접한 두 곳에서의 전위가 같다면 (U1〓U2), 전기마당과 두 지점간의 변위가 서로 수직인 것을 의미한다. 즉, 전위가 같은 점들을 연결한 등전위선위의 각 지점에서의 전기장은 등전…(생략)

3. 실험 방법

1) 흑연이 칠해진 종이를 테이블렛 위에 놓고 양면 테이프 등으로 움직이지 않게 고정한다.

2) 전극 받침대를 직류 전원 장치에 연결시킨다.

3) 입력 단자 대로부터의 전선에 연결된 종이 클립을 전기전도성 종이에 끼운다.

4) 전원장치의 전압조절 손잡이를 0에 놓고 전원 스위치를 ON시킨다. 전압계를 10V정도로 고정시킨다.

5) 컴퓨터를 켜고 Windows를 실행시킨 다음 Field Touch Program을 실행시킨다.

6) Drawing Mode Menu에서 등전위선 모드를 선택하여 펜 몸체 버튼을 누른 상태에서 펜 끝을 종이에 대고 움직인다.

7) 등전위 간격을 0.5V로 하여 등전위선을 기록하여 Bitmap File로 저장한다.

8) 전극의 간격이나 크기 또는 모양을 바꿔 가며 등전위선의 형태가 어떻게 달라지는가 살펴본다.

9) Drawing Mode Menu에서 Field Vector를 선택한다. 펜끝을 한 점에 대고 선택한 점에 펜끝을 꾹 눌러 X표가 나타나게 한 다음 펜 몸체 버튼을 누르고 주변의 전위 정보를 읽어 들여 전기장 벡터를 구한다.

10) 각조에서 독특한 방법으로 한가지씩의 실험을 한다.

4. Data and Results

①등전위면 1-1

②등전위면1-2

③등전위면 2-1

④등전위면 2-2

5. Discussion