Transcript 전기장

Ch. 20 전하, 전기력, 전기장
20.1 전하
• 어원:
- 중국 기원전 2000년경 - 나침판
- 고대 그리스 기원전 700년 : Experiments with amber and
magnetite
- 전기(electric)의 어원: 호박(amber)의 그리스어 elektron에서 유래.
- 자기(Magnetic)의 어원:Magnetite(Fe3O4)가 발견된 터키Magnesia지방
의 이름에서 유래.
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• 1600년: William Gilbert (영국 ): 전기를 띠는 대전현상이 일반적인 현
상임을 발견
• 1785년: Charles Coulomb(프랑스1736-1806): 전기력이 역자승 법
칙(inverse square law)에 따름을 발표.
• 1820년 : Hans Oersted(덴마크1777~1851) :전류가 흐르는 회로근
방에 자성을 띤 바늘이 편향됨을 발견.
• 1831년: Michael Faraday(영국 1791~1867 )와 Joseph Henry(미국
1797~1878) : 코일에 단순히 자석을 넣었다 뺐다 함으로서 도선에
전류가 흐를 수 있다는 사실 발견,코일내의 자기장을 변화시켜 전압
이 유도되는 현상을 전자기유도.
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• 전하의 성질
- 모피로 호박을 문지를 때, 마른 머리카락을 빗으로 빗을 때, 두 물체는
전하(electric charge : q)를 얻는다.
- 전하의 단위: Coulomb (C)
- 전하는 음(negative)과 양(positive) 두 종류만 있다.
- 같은(다른) 종류의 전하는 서로 밀어낸다(당긴다).
- 음이온(negative ion:-e)과 양이온(positive ion:+e)
-유도(induction) 및 유도전하(induced charge) ; 대전된 물체가 두 번째
물체에 가까이 가면, 두 번째 물체내의 전자가 움직여 부분적으로 알짜전
하가 생기는 현상.
- 전하보존의 원리: 처음에 전기적으로 중성인 두 물체를 서로 문질러서
대전되었을 때 별도의 전하가 생성되지 않는다.
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• 절연체와 전도체
• 전기전도(Electrical conduction): 전하는 물체내의 한 지점에서 다
른 지점으로 이동,전하의 움직임.
• 도체(conductor): 전기전하가 비교적 자유롭게 움직이는 물체
-금,은,구리, Aluminum.
• 부도체,절연체(Insulator): 전기전하가 자유롭게 움직이지 못하는 물
질
• 반도체(Semiconductor): 절연체와 도체 사이의 성질을 띰. Si. Ge.
• 유도에 의한 대전: 유도에 의한 대전은 전하를 유도하는 물체와의
접촉을 필요로 하지 않는다.
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20.2 쿨롱의 법칙 (Coulomb’s law)
같은(다른) 종류의 전하는 서로 밀어낸다(당긴다).
▶Charles Augustin de Coulomb(1736-1806)이 비틀림 저울을 사용하여 발견.
- 대전된 두 점전하 사이의 작용하는 힘의 크기는 전하의 곱에 비례하고 그들 사이의
거리의 제곱에 반비례한다.
- 두 개의 점전하 q1과 q2 가 거리 r 떨어져 있을 때
Fe  ke
q1 q2
r2
k e  8.99  10 Nm / C : 쿨롱 상수 단위C
:
9
ke 
F12  ke
q1q2
rˆ12
2
r
1
4 0
2
2
 0  8.854  10 C / Nm
12
2
2
rˆ12 : q1에서q2쪽을 가르키는 단위벡터
이 힘은 q1과 q2을 잇는 선상에서 서로 밀거나 당기는 방향으로 작용한다.
(Newton의 제3의 법칙)
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20.3 전기장( Electric Fields )
중력장: g 
전기장: E 
Fg
m0
Fe
q0
 전기장E는 그점에놓인 양의 시험전하에 작용하는
전기력 Fe를 시험전하의크기q0로 나눈것
어떤점에서 전기장이 존재하느냐의 여부는 그점에 정지상태로있던
시험입자에 전기력이 작용하는가에 의해 결정.
Fq
Q
Eq 
 k 2 r̂
q
r
EQ 
FQ
Q
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전기장:정전기력을 전달 하는 매개체
Fe  qE  만일 어떤점에 놓인 정지전하가
전기력을 경험한다면 전기장이 존재한다고
말할 수있다.
작용-반작용:
Fq  FQ
E q  E Q
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20.4 전하분포와 전기장
여러 개의 전하가 분포되어 있을때
 두 전하 사이의 힘은 다른 전하에 의한 영향 없음.
F1  F12  F13    F1N
* Report
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< 보기 20.5 ; 전기쌍극자(dipole)의 전기장 >
Q1. x축상에 놓인 거리가 2a만큼 떨어진 두개의 전하크기가 같고 부호가 반대인
양전하q와 음전하 - q로 들어진 전기쌍극자로 인한 전기장 E를 y축상의 점 P에서 구하라.
원점에서 P까지의 거리는 y이다.
Q2. 전기쌍극자로부터 멀리떨어진 y축상의 위치,
즉 y
a일 경우에 대한 전기장을 구하라.
A. 1 점P에서의 전기장은 각각의전기장 E1 , E2의 합인 E이다.
E  E1  E2
여기서 전기장의크기 E1  E2  ke
q
q

ke
r2
y2  a2
E1 , E2의 y성분은 서로상쇄,
 E의방향은 x축과 평형, 크기는 E  2ke
q
cos 
y  a2
2
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