쿨롱의 법칙 실험 레포트 (물리학및실험2)

소개

건국대학교 물리학 및 실험 2 강의 중 실험 결과 레포트로 제출한 자료입니다.
해당 강의에서 본 레포트 포함 총 9개의 레포트를 작성하여 레포트 점수에서는 만점 받은 레포트입니다.

본 실험은 대전된 두 평행판 사이에 작용하는 힘을 측정하는 실험으로, 유사한 실험 레포트를 작성하실 때 참고용으로 사용하시기 바랍니다.

토의 내용에는 실험 결과의 분석과 오차 원인에 대한 논의, 축전기의 가장자리 효과, 평행판 사이에 얇은 종이가 들어갔을 때에 대한 내용으로 구성되어 있습니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 원리
2.1 쿨롱의 법칙
2.2 하단 평행판이 받는 전기력

3. 실험 재료 및 도구

4. 실험 방법

5. 실험 결과
5.1 큰 원판 사이에 작용한 전기력 측정
5.2 작은 원판 사이에 작용한 전기력 측정

6. 토의
6.1 오차 원인을 논리적으로 분석하시오
6.2 축전기의 가장자리 효과(Edge effect)에 대해 설명하시오
6.3 평행판 사이에 얇은 종이가 삽입된다면 어떻게 되는가?
6.4 평행판이 평행하지 않고 특정 각도로 기울어져 있다면 어떻게 되는가?

7. 결론

8. 자료 출처 및 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적

대전된 두 평행판 사이에 작용하는 힘을 측정하여 쿨롱의 법칙을 확인한다.

2. 실험 원리

2.1 쿨롱의 법칙

두 점전하 사이의 전기력의 크기는 쿨롱의 법칙을 이용해 구할 수 있다. 이는 아래의 수식 2.1.1과 같이 나타난다.

( : 쿨롱 상수, = )
(수식 2.1.1. 쿨롱의 법칙)

이 때, 쿨롱 상수는 아래의 수식 2.2.2와 같이 쓸 수 있다.

( : 자유 공간에서의 유전율, = )
(수식 2.1.2. 쿨롱 상수)

2.2 하단 평행판이 받는 전기력

본 실험에서는 쿨롱의 법칙을 확인하기 위해 평행판 사이에 작용하는 전기력에 의해 발생하는 전자저울 측정값의 차이를 이용해 하단 평행판이 받는 전기력의 크기를 측정하고, 이를 이론값과 비교하는 방법으로 실험을 진행한다.

이 때, 하단 평행판이 받는 전기력의 크기 이론값은 아래의 수식 2.2.1을 통해 계산 가능하다.

(수식 2.2.1. 하단 평행판이 받는 전기력)

3. 실험 재료 및 도구

고전압 직류 전원 공급 장치, 전자 저울 및 원판 거치대, 원형 평행판, 자

4. 실험 방법

1. 전자저울을 배치하고 수평을 맞춘다.

2. 넓이가 같은 두 평행판을 일정한 간격으로 설치하고 자로 두 평행판 사이의 거리를 측정한다.

3. 전원 장치와 평행판을 고압선으로 느슨하게 연결하고 전자저울의 영점을 조정한다.

4. 전원 장치의 전압 조정 손잡이를 최소로 위치시킨 후 스위치를 켠다.

5. 전압을 천천히 증가시켜 전압에 따라 감소하는 전자저울의 측정값을 기록한다.

6. 측정이 끝난 뒤 전원 장치를 끄고 절연봉으로 평행판에 남은 전하를 없앤다.

7. 크기가 다른 평행판으로 교체한 후 위의 과정을 반복해 실험을 진행한다.

참고자료

· 조승식 (2023), “일반물리학실험_개정판”, 북스힐
· Jewett/Serway 저. 대학물리학교재편찬위원회 역 (2024), “대학물리학”. 북스힐