쿨롱의+법칙 2 2 PDF

Preview

Summary

쿨롱의 법칙1 실험 목적두 개의 도체구를 대전시키고 도체구 사이의 거리와 전하의 크기에 따른 힘을 측정한다. 이 측정결과로 Coulomb 법칙을 확인한다.2 실험 원리 쿨롱의 법칙 두 점전하 사이에 작용하는 정전기력은 두 전하량의 곱에 비례하고 전하들 사이의 거리 제 곱에 반비례한다. 이를 쿨롱의 법칙이라 하며 이를 수식으로 표현하면 두 점전하 사이의 힘 의 크기는 다음과 같다.   (5)여기서 과 는 두 전하의 전하량이며, 은 이들 사이의 거리이다. 는 비례상수로서 SI단위계에서 ×...

Description

쿨롱의 법칙 1 실험 목적 두 개의 도체구를 대전시키고 도체구 사이의 거리와 전하의 크기에 따른 힘을 측정한다. 이 측 정결과로 Coulomb 법칙을 확인한다.

2 실험 원리 1. 쿨롱의 법칙 두 점전하 사이에 작용하는 정전기력은 두 전하량의 곱에 비례하고 전하들 사이의 거리 제 곱에 반비례한다. 이를 쿨롱의 법칙이라 하며 이를 수식으로 표현하면 두 점전하 사이의 힘 의 크기는 다음과 같다.  

    

(5.1)

여기서   과  는 두 전하의 전하량이며, 은 이들 사이의 거리이다. 는 비례상수로서 SI 단위계에서    ×   ∙   ≈   ×   ∙    이다.

2. 측정원리

그림 5.1 측정 원리 대전된 물체에 작용하는 정전기력과 중력을 평형 시키면 정전기력의 크기를 중력에 대한 상대적인 크기로 알 수 있다. 그림 5.1에서와 같이 실에 매단 대전구가 고정된 다른 대전구

에 의한 정전기적 척력에 의해 밀린 후 평형을 이루었다면 실의 장력   와 구의 중력 와   와 크기가 같고 방향이 반대이다. 각  가 작을 경우 정전기력의 크 의 벡터합은 정전기력  기와 중력의 크기와의 비   는 매단 대전구의 수평 이동거리 와 실의 길이  과의 비   과 같으므로        상수 가 된다. 즉, 각 가 작다면 정전기력  는 대전구 의 이동거리 에 비례한다.

3 실험 기구 및 장치 쿨롱 법칙 실험 장치, 전기쟁반, 초시계, 수평계

그림 5.2 쿨롱 법칙 실험 장치

4 실험 방법 (1) 실내온도와 상대습도를 기록한다. (2) 받침대가 수평이 되는지 확인을 하고 수평이 맞지 않으면 종이 등을 받침대 아래에 끼워 수평을 맞춘다. (3) 위치이동 블록을 움직여서 두 도체구를 접근시키고 두 도체구의 높이와 앞뒤 위치가 같 은지 확인을 한다. 높이 또는 앞뒤 위치가 다르면 위의 덮개를 열고 실을 움직여서 매단 도체구의 위치 조절을 한다. (절대로 매단 도체구를 잡고 당기면 안 된다.)

a. 방전특성 측정 (1) 위치이동 블록의 도체구와 매단 도체구에 손가락 끝을 살짝 접촉시켜 방전시킨다. (2) 매단 도체구의 평형위치  를 측정한다. (3) 위치이동 블록의 도체구를 전기쟁반을 사용하여 대전을 시킨다. (4) 대전된 위치이동 블록의 도체구를 왼쪽 입구를 통하여 매단 도체구에 접촉시켜 매단 도 체구를 대전시킨다. (5) 매단 도체구의 위치  를 30초 간격으로 5분간 측정하고 매단 도체구의 움직인 거리        를 계산한다. 이 때 위치이동 블록의 도체구의 위치  는 바꾸지 않는다. (6) 시간 변화에 대한 값의 그래프를 그린다. ※ 다음의 b와 c 실험을 할 때 방전의 영향을 작게 받으면서 측정을 할 수 있는 시간을 a 실 험 결과로부터 추정하라. b. 도체구의 거리에 따른 정전기력 측정 (1) 위치이동 블록의 도체구와 매단 도체구에 손가락 끝을 살짝 접촉시켜 방전시킨다. (2) 위치이동 블록의 도체구를 전기쟁반을 사용하여 대전을 시킨다. (3) 대전된 위치이동 블록의 도체구를 왼쪽 입구를 통하여 매단 도체구에 접촉시켜 대전시킨 다. (4) 위치이동 블록의 도체구의 위치  를 눈금자 5mm 위치에 두고 매단 도체구의 위치  를 측정한다. (5) 위치이동 블록의 도체구를 매단 도체구 쪽으로 5mm씩 접근시키면서(즉,  를 5mm씩 증가 하면서) 매단 도체구의 위치를 측정한다. (6) 두 도체구 사이의 거리      를 계산 한다. (7) 매단 도체구의 이동거리 를 두 도체구 사이 거리의 제곱의 역수  로 나타내고 그래 프를 그린다. c. 도체구의 전하량에 따 따른 른 정전기력 측정 (1) 위치이동 블록의 도체구와 매단 도체구에 손가락 끝을 살짝 접촉시켜 방전시킨다. (2) 위치이동 블록의 도체구를 전기쟁반을 사용하여 대전을 시킨다. (3) 대전된 위치이동 블록의 도체구를 왼쪽 입구를 통하여 매단 도체구에 접촉시켜 매단 도 체구를 대전시킨다. (이 때 대전된 전하량을  라고 하자.) (4) 위치이동 블록의 도체구를  보다 작은 위치에 두고 두 도체구의 위치   와  를 측정 한다. 그리고      을 계산한다. (5) 보조도체구에 손가락을 살짝 접촉시켜 방전시킨 후 앞의 유리덮개를 올리고 위치이동 블 록 도체구에 접촉시킨다. 이때 위치이동 블록 도체구의 위치가 변하지 않도록 조심한다. (6) 유리덮개를 닫고 매단 도체구의 위치  를 측정하고 위치이동 블록 도체구의 바뀐 전하 량  과 매단 도체구의 전하량  를  의 배수로 표시한다. (7) 보조도체구에 손가락을 살짝 접촉시켜 다시 방전시킨 후 앞의 유리덮개를 올리고 매단 도체구에 접촉시킨다. 이때 매단 도체구가 이동블록 도체구와 다시 접촉하지 않아야 전 하량 계산이 간단해진다. (8) 유리덮개를 닫고 매단 도체구의 위치 를 측정하고 위치이동 블록 도체구의 전하량 

과 매단 도체구의 전하량  를  의 배수로 표시한다. (9) (5)~(8)의 과정을 반복한다. 

  (10)  와  와의 관계 그래프를 그린다.  

5. 측정값 온도(실온)=

℃

상대습도=

%

a. 방전특성 측정  

  시간(분)

 (mm)

 (mm)

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

b. 도체구의 거리에 따른 정전기력 측정

 (mm)

 (mm)

 (mm)  (mm)

(mm)  (mm-2)  (mm)

5

5

10 15

10 15

20

20

25 30

25 30

35 40

35 40

45

45

50 55

50 55

60

60

 (mm)  (mm)

(mm)  (mm-2)  (mm)

 (mm)

5 10

5 10

15

15

20 25

20 25

30 35

30 35

40

40

45 50

45 50

55

55

60

60

c. 도체구의 전하량에 따 따른 른 정전기력 측정  

 (mm)

 (mm)

(mm)

-2  (mm )  (mm)

 (mm)

(mm)

 (mm )  (mm)

-2







1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

 (mm)

 (mm)

(mm)

-2

    (mm )

6. 실험 결과 a. 방전특성 측정

b. 도체구의 거리에 따른 정전기력 측정

c. 도체구의 전하량에 따 따른 른 정전기력 측정

7. 질문 및 토의 (1) a실험에서 시간과  는 어떤 관계를 갖는가? (2) 실험결과로부터 정전기력이 전하의 거리의 제곱에 반비례한다고 말할 수 있는가? (3) 이 실험에 사용한 도체구의 크기가 실험에 어떤 영향을 미치는지 논의해 보자. (4) 전기쟁반의 원리를 설명하시오. (5) 정전기를 발생시키는 장치들에 대해 알아보자. (6) 정전기를 취급할 때 주의해야 할 점에 대해 알아보자.

8. 결론 및 검토

9. 참고문헌 및 출처...