등전위선(도전판)

1. 등전위선의 정의

등전위선은 전기장 내에서 전하가 가지는 전위가 동일한 점들의 집합을 나타내는 곡선 또는 면이다. 즉, 특정 전기장 안에서 전위가 일정한 위치를 연결한 선으로 볼 수 있다. 전위란 전기장에서 한 점에서 단위 전하가 갖는 위치 에너지의 크기이며, 전기장은 전위차를 통해 전하는 힘을 전달한다. 따라서 등전위선은 전기적 성질을 직관적으로 보여주는 중요한 도구다. 도전판 실험에서는 두 평행한 금속판 사이에 전압이 인가될 때, 전기장은 평행하였고, 이 때 생기는 등전위선은 서로 평행하면서 균일한 간격을 유지한다. 금속 도전판이 넓고 평평하면 전기장이 균일해지고, 이때 등전위선은 평행선이 된다. 전기장이 균일할 때, 등전위선은 일정한 간격으로 배열되고 실제로 이 간격은 전위차에 비례한다. 예를 들어, 두 도전판 사이에 10V의 전압이 인가되었을 때, 가운데 위치에서 전위가 5V인 점을 찾으면, 이 점을 따라 그린 선이 등전위선이다. 이 선과 다른 등전위선은 전기장과 직교하며, 전기장 벡터는 이들 선과 수직이 된다. 통계자료에 의하면, 균일한 전기장을 갖는 도전판 실험에서, 두 극 사이의 거리 10cm일 때 전위 차가 10V인 …