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자연과학 다운로드 전기전자 실험 다운로드 쿨롱의 법칙

[자연과학][전기전자 실험] 쿨롱의 법칙

[전기전자 실험] 쿨롱의 법칙

1.실험 목적
전기 현상의 요인을 전하라고 부르며 전하는 질량과 같이 입자가 갖는 한 속성이다. 또한, 전기 현상이란 전하와 전하 사이에 영향(힘)을 미치는 것을 가리킨다. 전기힘과 전하 q1, q2 사이의 정량적인 관계 F ∝ q1q2/r2 를 쿨롱의 법칙이라고 부르며, 전기힘도 중력과 마찬가지로 전하 사이의 거리 r 의 거꿀(역)제곱에 비례하는 것을 나타낸다. 두 전하 q1, q2 의 부호가 같을 때 이 전기힘은 서로 미는 힘이 되고, 다를 때는 당기는 힘이다.
이 실험에서는 일정한 전하로 대전되어 있는 극판 사이에 나타나는 힘을 살펴보고 쿨롱의 법칙을 간접적으로 확인해 본다.

2.쿨롱의 법칙
전기력은 두 입자의 전하량의 곱에 비례하고 그들 사이의 거리에 반비례하여 다음과 같이 간단한 식으로 나타낼 수 있다.
F〓k
k8.9910 Nㆍm/C
〓8.85410C/Nㆍm(F/m)

모양이 어떻든 간에 두 도체를 극판이라고 부른다. 평행판 축전기는 거리 d 만큼 떨어져 있는 면적A 의 두 평행 극판으로 구성되어 있다. 축전기가 대전되면 극판들은 크기가 같고 부호가 반대인 +q 와 -q 의 전하를 갖게 된다. 이때 축전기의 전하는 극판 전하의 절대값인 q를 뜻한다. ( q는 극판 사이의 총 전하는 아니다. 총전하는 0임에 유의한다.)
극판들은 도체이기 때문에 등전위를 가진다. 즉 한 극판 위의 모든 곳의 전기전위는 똑같다. 그러나 두 극판 사이에는 전위차가 존재한다. 오랜 관습에 따라 전위의 절대값을 ΔV 라고 하지 않고 그냥 V 라고 한다. 축전기의 전하 q와 전위차 V는 서로 비례한다.

q 〓 CV

비례상수 C는 극판의 기하학적 모양에 따라 결정되는 비례상수 C를 축전기의 전기용량이라 부른다.
고압전원 장치에서 공급되는 전압이 양극판에 형성된다. 양극판 사이에 전위 차가 형성되어 양 극판의 마주보는 면에는 각각 +q 와 -q 의 전하가 마주보게 된다.
전압이 높아질수록 마주보게되는 전하의 수가 많아져 많은 전하가 모이게 된다.
극판이 금속이므로 극판에서의 전위 차가 없기 때문에 이 극 판에는 고르게 전하가 분포하게 된다.
평행판 축전기에서 극 판의 가장자리에서 전기력 선이 휘는 현상을 무시하면 극판 사이의 전기장은 모든 곳에서 같은 값을 가진다. 그러므로 극판 사이의 단위 부피당 퍼텐셜 에너지인 에너지 밀도 u 또한 균일해야 한다. u는 총퍼텐셜에너지를 극판 사이의 부피Ad 로 나누어 구할 수 있다.

u 〓 U/Ad

여기서, U 〓 1/2CV2, C〓ε0A/d 이고, 따라서 위 식은

u 〓 ε0(V/d)2/2

이 된다.

그럼, 간단하게 두 콘덴서 판 가운데 아래판이 받는 힘을 살펴보자.
두 판 사이의 전위차(걸린 전압)가 V라고 하면, 모서리 효과를 무시할 때 두 판 사이에는 균일한 전기장 E가 형성된다.

E 〓 V/d

따라서 아래판에 대전된 q만큼의 전하는 결국 아래와 같은 힘을 받게 된다.
F 〓 qE` 〓 qV/2d
(E`는 윗판에 의한 것으로서 아래판이 느끼는 전기장이다.)

그런데, q 〓 CV 이므로 결국,

F 〓 CV2/2d 〓 ε0AV2/2d^2
F〓 mg
m〓ε0AV2/2d^2g

3. 실험 장치
측정용 베이스: 마이크로미터 부착
kilovolt DC/AC 전원공급기(SG-7802D) : DC 0~15kV .ac 6.3V
전자저울(CAT. IB-310) : 0.01g 단위, 0.5g~300g
고압연결선 : L〓1000mm
전극판 : 지름 150mm , 지름 125mm

sg-7800
4.실험 방법
⑴쿨롱의 법칙 실험장치의 이동지지대에 지름 125mm 상부 전극을 연결한다.
⑵이동지지대의 마이크로미터를 돌려 눈금이 약 15mm가 되도록 조정한다.
⑶ 디지털 저울의 전원잭을 연결하고, 하부전극을 디지털 저울 위에 올려 놓는다.
⑷ 디지털 저울의 수평조절나사를 사용하여 상부전극과 하부전극이 거의 맞닿도록 조절한 다.

자료출처 : https://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=11082244&sid=leesk55&key=

[문서정보]

문서분량 : 8 Page
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자료제목 : 자연과학 다운로드 전기전자 실험 다운로드 쿨롱의 법칙
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