[물리학및실험2] 실험레포트_1. 쿨롱의 법칙

소개

"[물리학및실험2] 실험레포트_1. 쿨롱의 법칙"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험목적

2. 실험원리

3. 실험기구 및 장치

4. 실험방법

5. 준비학습
(1) 마이크로미터 사용법에 대해 알아봅시다.
(2) 쿨롱의 법칙에 대해 알아봅시다.
(3) 축전기에 대하여 알아봅시다.

6. 질문 사항
(1) 두 전극판을 평행하게 하는 것이 중요한 이유는 무엇입니까?
(2) 저울이 음의 질량을 나타낼 수 있는 이유는 무엇입니까?
(3) 양전하가 표면 밀도 σ로 고르게 대전되어 있는 무한 평면에 의한 전기장을 구해보자.
(4) 엑셀을 사용하여 실험결과 데이터를 통해 두 전극판 사이의 간격(d)에 따른 전압(∆V)과 전기력의 그래프를 그려보아라. 또한 전기력과의 관계에 대해 설명하여라.

7. 결과 및 토의

본문내용

1. 실험목적
평행한 두 전극판에 전위차를 주고 전자저울을 사용하여 두 대전체 사이에 작용하는 전기력을 정량적으로 측정함으로써 이를 통해 쿨롱의 법칙을 이해한다.

2. 실험원리
쿨롱은 금속공과 비틀림저울을 이용하여 두 점전하 q_1, q_2사이에 작용하는 힘을 측정하고, 두 전하 사이에서 작용하는 전기력(F)은 두 전하의 크기의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다는 쿨롱의 법칙을 발견하였다.
쿨롱의 법칙은 다음과 같이 쓰여 진다.
F=1/(4πϵ_0 ) (q_1 q_2)/r^2 … (1)
식 (1)에서 ϵ_0를 자유공간의 유전율이라고 한다.
ϵ_0=8.85×10^(-12) C^2/(N∙m^2 ) … (2)
그러나 이 식을 이용해서 실험을 할 경우 대전체를 점전하로 만들 수 없으며, 전하량의 조절 및 두 전하 사이의 거리 등에 힘든 점이 많아 실험하기가 쉽지 않다. 하지만 축전기를 사용할 경우 전극판 사이의 전압과 유전체를 이용해 전하량을 조절할 수 있고 전극판 사이의 거리 또한 쉽게 조절할 수 있으므로 훨씬 쉽게 실험을 할 수 있다.
이제 축전기를 이용해 쿨롱의 힘을 직접 측정해 보도록 하자.
크기는 같지만 부호가 서로 반대인 전하로 대전되어 있는 두 전극판의 경우의 배열을 축전기라 하며, 전위차 ∆V가 존재한다. 축전기 전극판에 얼마나 많은 전하가 대전되었는가를 결정하는 물리량을 전기용량(C)라고 하는데, 이것은 어느 한쪽 도체의 전하의 크기와 두 도체 사이의 전위차 크기의 비로 정의된다.
C≡Q/∆V …(2)
실제 두 전극판 사이에 형성되는 전기장은 균일하지 않고, 그 계산은 조금 복잡하다. 하지만, 실험을 간소화시키기 위해 두 전극판이 떨어져 있는 거리에 비해 비교적 무한히 넓다고 가정하자. 그렇다면 우리는 전기장이 거의 균일하다고 볼 수 있으며, 이로부터 두 전극판 사이의 전기력을 쉽고 실제와 다소 근사하게 계산할 수 있다.

참고자료

· 없음