[일반물리학실험] (결과) 등전위선과 자기장 : 주어진 전극 배치에 대해 등전위선과 전기력선을 그려봄으로써 전위와 전기장의 개념을 이해

소개글

[일반물리학실험] (결과) 등전위선과 자기장 : 주어진 전극 배치에 대해 등전위선과 전기력선을 그려봄으로써 전위와 전기장의 개념을 이해에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험목적

실험원리

실험기구 및 재료

실험방법
-등전위선 측정
-전기장 측정

실험 결과

결과에 대한 논의

결론

질문 및 토의

본문내용

일반물리학실험보고서
등전위선과 전기장
실험 목적
-주어진 전극 배치에 대해 등전위선과 전기력선을 그려봄으로써 전위와 전기장의 개념을 이해한다.
실험 원리
-우리는 실험을 할 때 두 개의 탐침을 이용하여 멀티미터에 표시되는 전위값을 보면서 멀티미터에 원하는 값에 가장 가까운 값이 나오는 점을 찍고 그 점을 계속이어서 등전위선을 그려보는데, 여기서 그 점들은 전위차가 0에 가까운 값들이므로 등전위선(전기적위치에너지가 같은 점들을 모은 선)을 그릴 수 가 있다.
이 등전위선을 이용하여 우리는 자기장의 방향도 찾아낼 수 있다.
점전하 q와q\'사이에는 쿨롱법칙에 의해서 다음과 같은 힘이 작용한다.
(1)
여기서 K는 상수로 8.99X109 Nm2/C2 이고, r은 두전하 사이의 거리이며, r^은 단위 벡터이다. 임의의 점전하 q가 다른 전하로 인해 생긴 전기장 벡터E로 인해 힘 벡터F를 받을 때 그 점에서의 전기장은
로 정의되며 그 점의 전위 V는 단위 전하당의 위치에너지로 정의된다. 그러므로 전하 q에서 거리 r만큼 떨어진 위치에서의 전위는
이 된다. 이 식으로부터 점전하 q에서 방사상으로 같은 거리 r만큼 떨어진 점의 집합인 구의 표면이 전위가 같은 등전위면임을 알 수 있다. 이와 같이 전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재하며 이 점들은 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다.
2차원의 전도성 종이에 두 전극(+,-)을 통해 전류를 흘린다면 전도성 종이표면의 저항에 의해 전압강하가 일어나게 되고 같은 전위를 가지는 점들이 생긴다. 그리고 이 등전위선에 수직한 방향으로 (+)극에서 (-)극으로 전기장이 생긴다. 임의의 두 등전위선 Va, Vb에서 전기장의 방향은 등전위선에 수직이고, 점 A1에서 X방향보다 E방향에서 등전위선 사이의 간격이 더 짧으므로 이 방향이 단위 길이 당 전위차가 최대인 방향이며 전기장 방향이 된다.
실험 기구 및 재료
-전도성 종이, 코르크판, 전선, 모형자, 은펜, 핀, 직류 전원공급기, 멀티미터, 먹지, 흰 종이
실험 방법
-등전위선 측정
1. 코르크판 위에 흰 종이, 먹지 순으로 올려놓은 다음 전극 모양을 그린 전도성 종이를 올려놓고 고정시킨다.
2. 전극에 핀을 꽂고 전원을 연결한다. 이때 전극이 전원과 확실히 접촉되었는지 확인한다.
3. 전도성 종이 위의 임의의 점에 멀티미터의 한쪽 탐침을 대고 다른 쪽 탐침을 움직이며 전위차가 0인 점을 멀티미터 탐침으로 눌러 먹지 아래의 종이에 표시가 나도록 한다.
4. 여러 개의 등전위선을 일정한 전위차 간격으로 찾고 (-)극에서 등전위선 사이의 전압을 측정하여 표시한다.
-전기장 측정
1. 실험 1에서 찾은 등전위선 위 임의의 점에 멀티미터의 한 쪽 탐침을 대고 이 점을 중심으로 다른 쪽 탐침으로 원을 그리며 전위차가 최대가 되는 점을 찾아 표시를 한다.
2. 두 지점을 연결한 선을 긋고 화살표를 (+)극에서 (-)극 방향으로 그린다.
3. 다시 화살표의 끝 지점에 멀티미터의 한쪽 탐침을 대고 다른 쪽 탐침으로 원을 그리며 전압의 변화를 관찰하여 전압의 변화가 최대인 점을 찾는다.
4. 2번과 3번의 과정을 반복한다.
5. 측정이 끝나면 먹지아래의 종이를 꺼내고 등전위선, 전기장모양, 전극모양을 그린다.
측정값
실험 결과
- 우리 조는 3V의 전압으로 실험을 시작하여서 두 점의 중앙은 1.5V였다.
내가 이론으로 배운 (+)극(-)극 사이의 자기장 그림과는 조금 틀리긴하지만 비슷하다.
실험 할 때 우리는 멀티미터에 표시되는 볼트의 0.01V내외로 측정하여서 오차는 크게 나타나지 않는다.
전기장은 (+)극에서는 방사상이나 (-)극으로 나가는 방향이고
(-)극에서는 방사상이나 (+)극에서부터 들어오는 방향이다.
사진에서 보면 등전위선이 양쪽으로 2개밖에 안보인다. 하지만, 실제로는 더 많은 등전위선이 있다는 것을 알아야한다. 정확하게 하려고 하나의 등전위선에 많은 점을 찍어서 시간이 조금 부족했다.
결과에 대한 논의
-멀티미터의 값이 정확하게 3.000V, 0.000V 이렇게 만들기는 매우 힘들어 오차가 있는 건 분명하다.
이 실험을 할 때 주의 사항이 있다.
우리 조의 경우 점을 찍을 때 쉽게 알아보려고 구멍을 크게 냈더니 구멍 크게 난 곳에서는 전기가 흐르지않는 다는 것을 알았다. 대신 구멍 옆 공간에 탐침을 대고 실험을 계속하였다.
그리고 나 같은 경우 은펜을 바늘 점 찍듯 너무 조금 칠해서 처음에 제대로 실험이 안

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