쿨롱의 법칙

쿨롱의 법칙 

 

1. 실험목적

전하를 가진 두 물체 사이에 작용하는 힘의 크기는 두 전하의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다. 이를 쿨롱의 법칙이라 하고 실험을 통해 두 전하 사이의 힘을 측정하여 이 법칙을 확인한다.

 

2. 관련이론

마치 자석과 같이 전하를 띠는 대전체 사이에도 같은 종류의 전하로 대전된 대전체 사이에는 척력이, 다른 종류로 대전된 대전체 사이에는 인력이 작용한다. 이때 힘을 F, 전하를 각각 q_1,q_2, 거리를 r이라 하면 쿨롱의 법칙에 의해 이 성립한다. (유전상수 )

 

 

3. 대전된 평행판에서의 전기적 힘 F

(조건: 두 도체 평행판이 각각 +q와 –q로 대전되어있고 d만큼의 거리차가 있을 때)

 

먼저 가우스의 법칙을 이용하여 표면 전하밀도 로 고르게 대전되어있는 무한 평면에 의한 자기장을 구한다. 가우스 면을 점전하로부터 나오는 전기장을 가우스 면에 수직하게끔 하고 가우스 면의 각 점에서 넓이요소 에 평행하게 하면 가 성립하고 인 것을 알 수 있다.

 

이를 이용해 무한 평면의 자기장을 구하면 무한 평면에 대칭인 원기둥을 가우스면으로 설정할 수 있고 

이므로 가 된다. 그러므로 무한평면의 전기장 이 된다. 이 실험에서는 두 개의 평행판이 대전되어 두 평행판의 전기장 방향이 같아지게 된다. 두 무한 평면 사이의 전기장 은 서로 더해져서 가된다.

 

전위(단위전하당 전하-전기장계의 위치에너지)라는 개념을 도입하면 를 알 수 있고 이를 대입하면 전기적 힘 가 되고 따라서  이 되는 것을 알 수 있다.

 

-이 실험에서는 평행판을 이용하여 와 전기적 힘을 비교한다. 이 때 주의해야 할 것은 평행전극판 사이의 간격을 좁게 하는 것이다. 좁을수록 무한한 평면판과 비슷한 균일한 자기장이 형성되기 때문이다.