정전계, 전자유도, 쿨룽의 법칙 - 전자기

【정전계】

▣ 전계란 어떤 물질이 대전이 되었을 때 전기의 성질을 띠게 되는데

    이 대전체는 공간상에 전기적인 힘, 영향을 미치게 된다. 이렇게

    공간상에 전기적인 영향이 나타나는 현상을 전계라고 한다.

    이러한 전계중에서 전하가 정지하고 있는 상태의 전계를 정전계라 한다.

  ⊙ 전하(양성자, 전자)가 정지하고 있을 때의 전계

★⊙ 전계 에너지가 최소로 되는 전하분포의 전계

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【물질과 전계】

▣ 물질 → 분자 → 원자 → 입자

⊙ 물 → H2O → H(수소) + O(산소) - 물질의 최소 단위

⊙ 물질은 분자로 이루어져 있으며 이 분자는 다시 원자로 구성되어 있고

    원자는 다시 입자로 구성되어 있다. 이중 입자에 의하여 전기적인

    성질을 띠게 되고 입자는 다시 +성질을 띠는 양성자와 - 성질을 띠는

    음전하로 나뉘게 된다.

 

▣ 전하의 전기량 : ± 1.602 × 10-19 [C]

전기량과 전류의 흐름

※ 전자가 원자핵 즉 양성자와 가까이 있게 되면 전자와 양성자간 작용하는 전기적 힘이

   세므로 전자는 양성자에 구속되기 쉽고 만약 전자가 양성자와 멀리 떨어진 경우에는

   전자와 양성자간 전기적 힘이 상대적으로 작으므로 이 전자에 약간의 외부적인 힘을

   가하면 전자가 양성자의 구속에서 벗어나 궤도를 이탈하는 경우가 있다. 이를 자유전자

   라고 하며 이 자유전자의 이동이 전류의 흐름으로 나타난다. 구리와 같은 도체는 이런

   자유전자의 흐름이 양호한 물질이다.

 

가. 대전, 대전체, 전하량

▣ 대전 : 중성물체가 전하의 이동으로 전기를 띠는 현상

▣ 대전체 : 전기를 띠는 물체

   ⊙ A 물체의 전기량 : +1.602 × 10-19 [C] × 3개

   ⊙ B 물체의 전기량 : -1.602 × 10-19 [C] × 3개

     ⇒ 전기량 : 전하량 (Q [C])

 ※ +성질의 띠는 양전하와 -성질을 띠는 음전하의 전기량은 동일하다.

    특정물질에서 양전하의 수와 음전하의 수가 동일하다면 이 물질은

    동일한 +전기량과 -전기량을 갖게 되므로 전기적으로 중성이 되며

    자유전자가 이동하여 양전하와 음전하의 수가 달라지면 + 혹은 -의

    전기적 성질을 띠게 된다. 이를 대전되었다고 한다.

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나. 정전유도 현상

▣ 정전유도 현상

   ⊙ 중성물체 A에 대전체 B를 접근시키게 되면 A에 B와 가까운 쪽은 반대극성의 전하가

       먼쪽은 같은 극성의 전하가 나타나는 현상

   ⊙ 이는 +성질을 띠는 양전하와 양성전하는 서로 밀어내는(반발력)이 작용하고 +성질을 띠는

       양전하와 -성질을 띠는 음전하는 각각 당기는 힘(흡인력)이 작용하여 +성질이 띠는 대전체를

       중성물질에 가까이 하면 양전하는 밀어내고 음전하는 당기게 되어 대전체에 가까운 곳은

       음전하가 몰리게 되고 대전체에서 먼 곳은 양전하가 몰리게 되어 중성물질의 표면에

       전기적 성질을 띠는 대전현상이 발생하게 된다.

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다. 쿨룽의 법칙

  ▣ 쿨룽의 법칙

    ⊙ 정지된 두 전하 사이에 작용하는 힘에 관한 법칙

     ⇒ 정지된 두 전하 : 정전하, 힘 : 벡터 : ① 크기, ② 방향

【쿨룽의 법칙】

  ① 힘 : 두 전하의 크기에 비례

  ② 힘은 두 전하 사이의 거리의 제곱에 반비례

【유전율】

   ε : 유전율 [F/m], 전하를 유도하는 능력

   εo : 진공 또는 공기중의 유전율 εo = 8.855 × 10-12 [F/m]

   εs : 비유전율(비교) : 공기의 유전율을 기준으로 다른 물질의 유전율을 비교한 값

【힘의 크기】

【방향】

▣ 같은 극성 : 반발력 다른 극성 : 흡인력

   [결과] 두 전하에 작용하는 힘의 방향은 두 전하를 연결하는 직선과 일치

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[예제1] Q1= 4 ×10-6, Q2 = 2×10-6, Q3 = 5 × 10-6 의 3개의 구전하가

진공중에 일직선으로 놓여 있을 때 B구에 작용하는 힘은 [N]은 ?

[예제] 한변의 길이가 2[m]가 되는 정삼각형의 3정점 A, B, C에 10-4의 전하가 있다.

        점 B에 작용하는 힘[N]은 ?

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