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1. 쿨롱의 법칙 실험
1.1. 실험 목적
실험 목적은 평행판 극판에 전압을 걸고 전자저울을 사용하여 두 판에 작용하는 쿨롱 힘을 측정한 후 유전률을 구하는 것이다.
실험에서는 축전기를 이용해 쿨롱의 힘을 직접 측정한다. 축전기가 대전되면 극판들은 크기가 같고 부호가 반대인 Q와 -Q의 전하를 갖게 되며, 극판들 사이에 전위차가 존재한다. 이때 축전기의 전하 Q와 전위차 ΔV는 서로 비례한다.
전기력은 F_e = ε_0 {A(ΔV)^2}/(2d^2)와 같이 표현되며, 아랫방향의 중력 F_g와 윗방향의 전기력 F_e의 합력 F=F_g-F_e를 전자저울로 측정함으로써 유전율 ε_0를 구할 수 있다.
따라서 이 실험의 목적은 쿨롱의 법칙을 이용하여 축전기의 전압과 극판 간격 변화에 따른 전기력을 측정하고, 이를 통해 진공의 유전율 ε_0를 구하는 것이다.
1.2. 실험 기구
실험 기구는 측정용 베이스(마이크로미터 부착), Kilvolt DC/AC 전원공급기, 전자저울, 고압 연결선, 전극판으로 구성된다. 측정용 베이스의 마이크로미터를 이용하여 두 전극 사이의 간격을 정밀하게 조절할 수 있다. Kilvolt DC/AC 전원공급기를 사용하여 두 전극에 고전압을 인가할 수 있으며, 전자저울로 전기력에 의한 힘을 측정한다. 고압 연결선은 전원공급기와 전극판을 연결하는 데 사용된다. 전극판은 도체판으로 구성되며, 전하를 띠게 하여 쿨롱 힘을 발생시킨다.
1.3. 실험 원리 및 이론
전하의 크기가 q_1, q_2이고 거리가 r만큼 떨어진 두 점전하 사이에 작용하는 정전기력의 크기는 F=k_e {q_1 q_2} over {r^2}으로 주어지며, 이를 쿨롱의 법칙이라고 한다. 여기서 k_e는 쿨롱 상수로 자유 공간의 유전률 epsilon_0와 다음 관계에 있다. k_e = {1} over {4 pi epsilon_0} =8.9876 TIMES 10^9 N BULLETm^2 /C^2이며, epsilon_0 =8.8542 TIMES 10^-12 C^2 /N BULLETm^2 이다.
실제 실험에서 점전하를 만들기 어려우므로 축전기를 이용한다. 축전기가 대전되면 극판들은 크기가 같고 부호가 반대인 Q와 -Q의 전하를 갖게 되며, 이때 축전기의 전하는 극판에 충전된 전하...
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