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[레포트] 전기장과 전기력선에 대해[전자 전기]

전기장과 전기력선

1. 이론

◎전기장

전기장은 대전된 물체 주변의 공간이다.

전하로 대전된 물체는 주변에 전기장을 만든다.

◎전기장의 방향

음전하에 의한 전기장의 방향은 당기는 방향

양전하에 의한 전기장의 방향은 밀어내는 방향

◎전기력선과 전기장

전기장 벡터는 모든 점에서 전기력선의 접선 방향이다.

어떤 면을 그 면에 수직으로 지나는 단위면적 당 전기력선의 수는 그 지점에서의 전기장의 크기에 비례한다.

◎전기력선의 형태

하나의 점전하가 있을 때, 점전하에서 전기력선은 모든 방향으로 일정하게 퍼진다.

전하에 가까운 곳에서 전기력선의 밀도는 높다.

⇒ 전기장이 크다.

전하에서 멀수록 전기력선의 밀도는 낮다.

⇒ 전기장이 작다.

◎전기력선의 특성

여러 개의 전하가 있을 때 전기력선은 양전하에서 출발하여 음전하로 들어간다.

양전하로부터 나오거나 음전하로 들어가는 전기력선의 수는 그 전하의 크기에 비례한다.

전기력선은 서로 교차하지 않는다.

◎등전위선

전기장 내에 전위가 같은 점들을 연결한 선

등전위선 위의 모든 점에서는 전위가 같으므로 전위차는 0이다.

전하가 전기장으로부터 받는 힘의 방향은 등전위선에 대하여 수직한 방향이다.

등전위선과 전기력선 항상 서로 수직이다.

등전위선이 밀한 곳은 전기장의 세기가 강하고 소한 곳은 약하다.

2. 그래프 해석

? 같은 크기의 2개의 양전하

같은 크기의 2개의 양전하를 위치시키고 그래프를 그린 결과 전기력선은 둘 다 양전하이기 때문에 양전하에서 멀어지는 방향임을 알 수 있고 전하에 가까운 곳에서 전기력선의 밀도가 높음을 볼 수 있다. 그리고 전기력선이 서로 밀쳐내는 것은 두 전하가 서로 밀어내는 힘을 작용하는 것을 나타낸다. 또한 두 전하 사이의 전기력선 밀도가 낮은 것은 전기장이 작은 것을 나타낸다.

? 같은 크기의 양전하와 음전하

같은 크기의 양전하와 음전하를 위치시킨 그래프이다. 우선 음전하로는 전기장의 방향이 당기는 방향이고 양전하로는 밀어내는 방향임을 알 수 있다. 모든 그래프에서 같겠지만 전기장 벡터는 모든 점에서 전기력선의 접선 방향임을 이 그래프에서도 알 수 있다. 또한 두 전하 사이에서 전기력선의 밀도가 크고, 전기장이 크고, 먼 곳에서는 전기력선의 밀도가 낮음을 알 수 있다.

? 다른 크기의 2개의 양전하

다른 크기의 2개의 양전하를 위치시킨 그래프이다. 위의 ?번 그래프와 같이 양전하만 있으므로 전기력선이 양전하에서 멀어지는 방향임을 알 수 있다. 여전히 전하에 가까운 곳에서 전기력선의 밀도가 높고 멀수록 전기력선의 밀도가 낮음을 볼 수 있다. ?번의 그래프와 다른 점이 있다면 우측의 양전하가 더 쌔기 때문에 같은 척력이 작용하나 전기력선이 왼쪽으로 치우쳐 져 있음을 볼 수 있다.

? 다른 크기의 양전하와 음전하

다른 크기의 2개의 양전하와 음전하를 위치시킨 그래프이다. 위의 ?번 그래프와 같이 음의 전하로는 전기장의 방향이 당기고 양전하로는 밀어 냄을 볼 수 있다. 두 전하 사이에서 전기력선의 밀도가 크고, 전기장이 크고, 먼 곳에서는 전기력선의 밀도가 낮은 것도 같지만 오른쪽의 더 쌘 양전하로의 전기력선의 밀도가 더 큰 것을 볼 수 있다.

? 3개의 다른 양전하와 음전하

3개의 다른 양전하와 음전하를 위치시킨 그래프이다. 앞의 그래프들을 보았듯이 음전하에 의한 전기장의 방향은 당기는 방향, 양전하에 의한 전기장의 방향은 밀어내는 방향임을 알 수 있다. 전기장 벡터는 모든 점에서 전기력선의 접선 방향이고 어떤 면을 그 면에 수직으로 지나는 단위면적 당 전기력선의 수는 그 지점에서의 전기장의 크기에 비례한다는 것을 알 수 있다. 전기력선의 형태도 여러 개의 전하가 있을 때 양전하에서 음전하로 들어가는 것과 전기력선의 수는 그 전하의 크기에 비례한다는 것과 전기력선은 서로 교차하지 않는다는 사실도 알 수 있다. 등전위선이 전기력선과 항상 서로 수직이라는 사실도 알 수 있다.

3. 고찰

이 실험으로 전기장과 전기력선에 대한 개념을 다시 세울 수 있었다. 5개의 그래프 모두 많아봐야 3개의 양전하와 음전하를 위치시키고 그 거리도 차이를 두지 못했다. 전하사이의 거리를 아주 좁게 했을 때와 멀리 했을 때의 그래프도 그려 보았으면 하는 아쉬움이 남고 많은 전하를 다닥다닥 붙여 놓았을 때의 그래프도 한 번 보고 싶다.

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