자연과학 올립니다 물리실험 올립니다 전하와 전하 사이 - 쿨롱의 법칙 DownLoad JP
- ceden320
- 2020년 12월 6일
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자연과학 올립니다 물리실험 올립니다 전하와 전하 사이 - 쿨롱의 법칙
[자연과학] [물리실험] 전하와 전하 사이 - 쿨롱의 법칙
[물리실험] 전하와 전하 사이 - 쿨롱의 법칙
1. Introduction
(1) 실험 목적
쿨롱의 법칙에 따르면 두 점전하 사이의 힘은 전하량에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다. 이것을 실험을 통해 확인하는 것이 목적이며, 실제 실험에서는 점전하가 아닌 평행판을 가지고 실험을 하여 간접적으로 이를 확인한다. 또 진공에서와 유전체가 있는 경우를 비교해보며, 유전체의 종류와 배열(직렬, 병렬)에 따라 힘이 어떻게 변하는지 살펴본다.
(2) 이론적 배경
쿨롱의 법칙 (진공중에서)
유전체의 경우 ε。가 ε 으로 바뀐다.
이상적인 평행판 축전기에서의 전하량과 전압, 전기장, 전기 용량
( C 는 전기용량 )
( A : 면적 , d : 판 사이 거리 , 유전체가 있는 경우 ε。가 ε로 바뀜 )
평행판 축전기의 전압이 V 일때 작용하는 힘
실제 축전기는 모서리 효과에 의해 위의 식들과 약간의 차이를 보인다.
축전기의 직렬, 병렬 연결에 따른 전기용량의 변화
(직렬)
(병렬)
2. Experiment
(1) 실험 도구
직류 고압 전원 장치 (0-15kV , 1mA 이하)(1), 전자 저울 (1kg 이하 측정 범위, 0.5g 표시)(1), 평행 콘덴서 판 및 설치 장치 (마이크로미터 부착)(1), 고압 연결 선 (1), 유전체판 (세종류, 유리판 (ε〓5.6ε。), 아크릴판 (ε〓2.56ε。), 테프론판 (ε〓2.1ε。) )
(2) 실험 방법
a. 일정한 전압 하에서 극판 사이의 거리의 함수로 힘 측정
- 실험 장치를 설치하고 전원 장치와 연결한다.
- 극판이 서로 붙어 있을 때 마이크로미터의 눈금을 읽는다.
- 전자 저울의 눈금을 영점에 맞춘다.
- 콘덴서 판 사이의 거리를 적당히 맞춘 후 전압을 고정시킨후 전원장치의 출력단자와 콘덴서 판을 연결시키고 저울에 나오는 값을 읽는다.
- 콘덴서 판을 접지하여 방전 시키고 저울의 영점을 새로 맞춘 후 거리를 변화시킨 후 전원장치에 연결하여 저울의 값을 읽는다. 거리는 처음에 멀리 떨어뜨려 놓은 후 방전이 될 때까지 줄여 나가는 것이 좋다.
b. 일정한 극판 사이의 거리 하에서 극판 사이의 전압의 함수로 힘 측정
- a에서와 마찬가지로 하되, 이번에는 거리를 고정시키고 전압의 값을 변화시킨다. 이 때 주의할 점은 전압을 변화시키기 전에 판을 접지하여 방전시키고 저울의 영점을 확인하는 것이다.
c. 극판 사이에 유전체를 넣은 후 힘 측정
- 극판 사이에 유전체를 넣은 후 a,b와 똑같은 방법으로 실험해 본다. (실제 실험에서는 전압을 고정시키고 거리만 변화시켜 봤음)
- 유전체를 바꾸어 같은 실험을 해본다.
- 유전체를 직렬, 혹은 병렬로 조합하여 같은 실험을 해본다.
3. Data & Result
a. 일정한 전압 하에서 극판 사이의 거리의 함수로 힘 측정
판과 판이 붙어 있을 때의 눈금 : 23.5 mm
전압 : 10kV
눈금 (mm)
판사이 거리 (mm)
작용한 힘 (g)
10.5
13
14
11
12.5
14.5
11.5
12
15
12
11.5
16.5
12.5
11
17.5
13
10.5
18.5
13.5
10
20
14
9.5
21.5
14.5
9
23.5
15
8.5
25.5
15.5
8
28
16
7.5
29.5
16.5
7
34.5
17
6.5
39.5
17.5
6
45
실제 저울 눈금은 음수가 나오나 그것은 힘이 인력이기 때문이며 여기서는 크기만 따짐
- 두 번째 그래프를 보면 판 사이의 힘이 거리의 역제곱에 비례함을 확인할 수 있다. 추세선을 그려보면 비례상수를 알 수 있으며 이를 통해 유전율을 대충 계산해 볼 수 있다.
판은 원형으로 지름이 대략 10cm 였으므로, A〓0.0314 m^2, V〓10kV
(N/V^2)
실제 진공의 유전율은 8.8510^-12 이므로 거의 맞는 것을 알 수 있다.
b. 일정한 극판 사이의 거리 하에서 극판 사이의
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