소개글
"북스힐일반물리학23장"에 대한 내용입니다.
목차
1. 쿨롱의 법칙 실험
1.1. 실험목적
1.2. 실험방법
1.3. 실험결과
1.4. 오차분석 및 토의
1.5. 결론
2. 페러데이의 유도법칙 실험
2.1. 실험목적
2.2. 이론 및 원리
2.3. 장치 및 방법
2.4. 결과
2.5. 분석 및 토의
2.6. 퀴즈
3. 평행판 축전기 실험
3.1. 서론
3.2. 실험방법
3.3. 실험결과
3.4. 오차분석
3.5. 결론
4. 참고 문헌
본문내용
1. 쿨롱의 법칙 실험
1.1. 실험목적
실험의 목적은 원형 금속판에 (+)전하와 (-)전하를 공급하여 금속판 사이에 작용하는 인력을 관찰하고, 쿨롱의 법칙을 적용하여 실험값과 이론값을 비교하는 데 있다.
1.2. 실험방법
우선, 전원 장치의 (+) 극성과 (-) 극성을 축전기의 양쪽 판에 접촉시켜 전하를 대전시킨다. 이 때의 전위차 값을 전위계로부터 읽고 거리와 전위차 값을 기록한다. 그 다음, 축전기 양쪽 판의 간격을 2mm씩 좁혀가며 위의 과정을 반복한다. 간격이 2mm가 될 때까지 이 과정을 반복하여 거리에 따른 전위차 변화 데이터를 수집한다. 이렇게 측정한 데이터를 바탕으로 평행판 간격과 전위차의 관계를 분석한다.
1.3. 실험결과
실험에서 사용한 원형 금속판에 각각 (+)전하와 (-)전하가 공급되면 금속판이 축전기 역할을 하게 되어 두 금속판 사이에 인력이 작용한다. 전압이 높아짐에 따라 저울이 나타내는 무게는 감소했는데, 이는 두 금속판 사이의 인력이 증가했다는 것을 알 수 있다. 주어진 식을 통해 이론 값을 구한 뒤 실험값과 비교하여 오차를 구해본 결과 비교적 저전압(1000-1500V)에서 오차가 크게 나타났고, 고전압으로 갈수록 오차가 작아졌다.
1.4. 오차분석 및 토의
이 실험에서 발생한 오차의 주요 원인은 다음과 같다.
첫째, 금속판의 크기와 판 사이의 거리가 실험 장비 제조사가 권장하는 수준보다 컸다는 점이다. 일반적으로 판 사이의 거리가 멀어질수록 한쪽 판에 쌓인 양전하와 반대편 음전하 사이의 거리가 멀어져, 인력보다 척력의 영향이 커지게 된다. 또한 판의 크기가 작으면 가해진 전압에 의한 전하 분포가 이상적으로 형성되지 못해 전기장이 예상보다 적게 관측될 수 있다. 따라서 향후 실험에서는 원판의 크기를 충분히 넓게 하고 판 사이의 거리를 좁게 하여 오차율이 어떻게 변화하는지 추가적으로 살펴볼 필요가 있다.
둘째, 대기 중으로의 전하 유출 가능성이다. 실험 환경이 완벽한 진공 상태가 아니었기 때문에, 금속판 사이의 전하 중 일부가 척력에 비해 상대적으로 작은 인력으로 인해 대기 중으로 빠져나갔을 수 있다. 이를 확인하기 위해 진공 환경에서 실험을 수행하거나, 이론값 계산 시 공기 중의 유전율을 고려해볼 수 있다.
셋째, 금속판의 평행도와 표면 거칠기 문제다. 만약 두 금속판이 완벽히 평행을 이루지 않거나 표면이 매끄럽지 않은 경우, 전하들의 분포가 고르지 않아 전기장 형성에 영향을 줄 수 있다. 특히 표면이 거친 경우 전하들이 뾰족한 곳에 밀집하는 경향이 있어 균일한 전하 분포를 이루지 못할 수 있다.
마지막으로, 전자저울의 측정 단위가 실험에 적절하지 않았을 가능성도 고려해볼 수 있다. 즉, 저울의 단위가 실제 실험이 진행된 단위보다 높아서 상대적으로 큰 계측 오차가 발생했을 수 있다.
종합적으로 저전압 구간에서는 계측 오차가, 고전압 구간에서는 전극판의 크기와 거리가 주요 오차 요인이었던 것으로 판단된다. 향후 실험에서는 이러한 점들을 개선하여 더욱 정밀한 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
1.5. 결론
실험에서 사용한 원형 금속판에 각각 (+)전하와 (-)전하가 공급되면 금속판이 축전기 역할을 하게 되어 두 금속판 사이에 인력이 작용한다. 한편, 두 금속판 중 아래쪽에 있는 금속판은 전자저울 위에 올려져 있기때문에 금속판이 정지해 있기 위해서는 금속판이 저울을 누르는 힘과 두 금속판 사이에서 작용하는 인력이 같아야 한다. 즉, 이론 부분에서 언급했던 것과 같이 두 금속판 사이에서 작용하는 힘은
2. 페러데이의 유도...
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참고 자료
서울과학기술대학교, [쿨롱의 법칙 실험] 실험 이론 영상, 2020.07.21
https://www.youtube.com/watch?v=IO44KBgfaO4&ab_channel=%EC%B5%9C%EB%AF%BC%EC%98%81
Raymond A. Serway, 대학물리학2(개정10판), 북스힐(2019)
Jearl Walker, 일반물리학2(개정10판), 범한서적(2015)
일반물리학교재편찬위원회, 대학물리학2(개정10판), 경북대학교출판부(2017)
Walker, Halliday, Resnick / 일반물리학2 / 11판 / 30-1장 / p237~p241 / 출판사:WILLEY / 출판년도:2021.
Serway, Jewett / 최신대학물리학2 / 5판 / 23장 / p762~p772 / 출판사:북스힐 / 출판년도:2018
Serway, Jewett / 대학물리학2 / 10판 / 30장 / p736~p740 / 출판사:북스힐 / 출판년도:2020
김상현, 황성태, 『일반물리학 및 실험 전자기학 및 광학편』, 북스힐, 2018.
