자연과학 자료 일반물리실험 자료 등전위선 측정 예비 및 결과 보고서 등록

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[자연과학] [일반물리실험] 등전위선 측정 예비 및 결과 보고서

등전위선 측정 예비보고서

1. 실험목적
수조 안에서 여러 가지 모양의 전극의 형태에 따른 등전위선을 그리고 전기장의 방향 빛 흐름을 이해한다.

2. 이론
전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 전하량 q의 하전입자가 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 지점에서의 전기장은 E〓F/q로 정의된다. 한편 그 점의 전위 V는 단위전하당의 위치에너지로 정의된다. (중력장에서의 위치에너지나 전기장의 전위에 의한 에너지나 같은 개념이다. 그 에너지만큼 외부에 일을 할 수 있는 상태에 놓이게 된다.)
전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 하나의 점전하Q가 만드는 전기장의 전기력선은 Q가 있는 점을 중심으로 방사선 보양이며 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 동심구면이 된다.
등전위면세서 전...등전위선 측정 예비보고서

1. 실험목적
수조 안에서 여러 가지 모양의 전극의 형태에 따른 등전위선을 그리고 전기장의 방향 빛 흐름을 이해한다.

2. 이론
전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 전하량 q의 하전입자가 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 지점에서의 전기장은 E〓F/q로 정의된다. 한편 그 점의 전위 V는 단위전하당의 위치에너지로 정의된다. (중력장에서의 위치에너지나 전기장의 전위에 의한 에너지나 같은 개념이다. 그 에너지만큼 외부에 일을 할 수 있는 상태에 놓이게 된다.)
전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 하나의 점전하Q가 만드는 전기장의 전기력선은 Q가 있는 점을 중심으로 방사선 보양이며 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 동심구면이 된다.
등전위면세서 전하를 이동시키는데 필요한 일은 0이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서 전기장의 세기는 그 면에 수직이다. 전기장이 일을 한다는 것은 정전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해가는 경우이므로, 전기력선은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해간다. 따라서 전기장 E의 방향은 그 점에서 전위 V가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소 변위를 dl이라 하면, E와 V사이의 관계식은
또는
이다. 따라서 전기장 E는 등전위선(면)에 수직이 된다. n은 등전위선(면)에 수직인 단위 벡터이다.
편의상 2차원 평면에 대해서 실험적인 이론을 생각해보자. 즉, 어느 도체판의 두 단자를 통해서 전류를 흘릴 때, 도체판 내에서의 전류의 유선의 방향은 전기장의 방향을 나타낸다. 이 유선에 수직인 방향에는 전류가 흐르지 않으므로 전위차도 없다. 이와 같은 점들은 이은 선은 등전위선이 된다. 따라서 도체판상의 두 점 사이에서 전류가 흐르지 않는다면, 이 두 점은 등전위상에 있는 점이다.
전위[電位, electric potential]
한 단위의 전하를 한 표준점(보통은 무한원점)에서 그 위치까지 경로에 상관없이 운반하는 데 필요한 일. 국제단위 즉 SI단위계에서는 볼트()로 표시한다. 전기장에 대응하여 전하를 움직이는 데는 일이 필요하다. 그러므로 시간적으로 변화가 없는 전기장이 작용하고 있는 장소에는 그 위치에 상응하는 위치에너지가 있다고 생각할 수 있다. 특히 특정한 2점 사이에 전위차가 생긴다. 경로에 관계되지 않는 공간좌표로 정해지는 1가함수이므로 공간 안에 같은 전위로 된 등전위면(等電位面)을 그릴 수 있다. 대지(大地)는 무한대의 도체라는 사실로부터 전위는 0이 된다. 그러므로 접지 즉 어스가 되어 있으면 절연에 이상이 생긴 기기에 사람이 접촉해도 사람과 기기 사이에는 전위차가 없기 때문에 감전을 막을 수 있다.

3. 실험장치
(1) 등전위선장치 set(수조판, 고정전극(3종), 고정단자와 이동단자)
(2) 검류계 (±25 A)
(3) DC 전원장치 (1.5-12V)
(4) 등전위선용 용지 (3장/조별)

4. 실험방법
① 수조판 (등전위선 장치 set 뚜껑)에 전도용액(물)을 적당량 붓고 고정단자용 원판에 나사식 단자를 돌려 끼 운다.
② 전원장치로부터 +-전극을 고정전극에 연결하고, 수조의 전극위치 그림에 맞추어 고정전극을 올려놓는다.
③ 어느 한 지점의 등전위점들을 찾기 위해 고정단자를 측정하려는 지점에 위치시킨다.
④ 전류계의 바늘이 정 중앙(0위치)에 위치하도록 영점조정을 한다.
⑤ 회로를 연결하고 전원장치의 전압을 약 10V정도로 가하여 이동단자를 수조 상에서 이동하며 전류가 흐르지 않는 지점(전류계 바늘이 0위치)들을 잡아 용지 상에 표시해 간다.
⑥ 고정 단자를 다른 위치에 놓고 반복하여 등전위점들을 찾는다. (10개 정도의 등전위선을 얻는다.)
⑦ 고


자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=14042533&sid=leesk55&key=



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