보고서 설명

1. 실험 목표

도체판에 전류를 흐르게 하여, 그 위에 등전위선을 그리고, 전기장과 등전위선에 관한 성질을 이해한다.

2. 실험 기구 및 장치

본문일부 및 목차

전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 전하량이 q의 하전입자가 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 E= F/q로 정의 된다. 한편, 그 점의 전위 V는 단위 전하당의 위치 에너지로 정의된다. 전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 책의 그림 Fig-1 에서 보듯이, 등전위선은 하나의 점 전하 Q 가 있는 점을 중심으로 하는 방사선이며, 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 동심구면이 된다. +Q의 점 전하와 -Q의 점 전하가 공간에 놓여 있을 때는 책의 그림 Fig-2와 같은 전기력선과 등전위면을 그릴 수 있다.

등전위면 위에서 전하를 이동시키는 데 필요한 일은 0이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서, 전기장의 세기는 그 면에 수직이다.
전기장이 일을 한다는 것은 정전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해가는 경우이므로, 전기력선은 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다. 따라서, 전기장 E의 방향은 그 점에서 전위V가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소변위를 di이라 하면 E와 v사이의 관계식은


이다. 따라서 전기장 E는 등전위선(면)에 수직이 된다. 여기서 n은 등 전위면(선)에 수직인 단위 벡터이다.
편의상 2차원 평면에 대해서 실험적인 이론을 생각해 보자. 즉, 어느 도체판의 두 단자를 통해서 전류를 흘릴 때, 도체판 내에서의 전류의 유선 방향은 전기장의 방향을 나타낸다. 이 유선에 수직인 방향에는 전류가 흐르지 않으므로 전위차도 없다. 이와 같은 점을 이은 선은 등전위선이 된다. 따라서, 도체판상의 두 점 사이에서 전류가 흐르지 않는 다면, 이 두 점은 등전위선상에 있는 점이다.

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