12. 전하측정 (electric charge measurement) 실험

전하 측정 (electric charge measurement) 실험

◎ 실험 목적
- 접촉과 유도에 의하여 물체를 대전시키고 그 결과를 비교한다.

◎ 전하
 - 전하(electric charge)는 전자기장 내에서 전기 현상을 일으키는 주체적인 원인
   공간에 있는 가상의 점이 갖는 전하를 점 전하라고 하고, 전하의 양을 전하량(Q)이라고 한다.

  1. 물체가 가지는 전기의 양
  2. 양전하와 음전하로 구분
  3. 다른 전하 사이에는 인력, 같은 전하 사이에는 척력이 작용

전하의 인력과 척력

◎ 전하의 보존 - 고립계의 총전하량은 항상 보존
  굴롱(C) : 도선에 1 암페어(A)가 흐를 때 1초 동안 도선을 통하여 흘러가는 전하량

◎ 유도 (electrostatic induction)
  - 물체를 전기장이나 자기장 속에 두어 그 영향으로써 전기적 성질을 띄게 만드는 것

정전기 유도 도체와 부도체

 

◎ 부도체의 정전기 유도 (유전분극, 유전체)
  - 부도체는 자유 전자가 없으나 대전체를 가까이하면 원자나 전자의 배치가 변해서 분자들이 극성을 띠고 배열한다.
   이때 부도체 양끝에 양전하와 음전하가 남는다. (유전 분극, 유전체)

 

◎ 대전 (electrification, charging)
  -어떤 충격 또는 마찰에 의해 전자들이 이동하여 양전하와 음전하의 균형이 깨지면 다수의 전하가
   겉으로 드러나게 되는 현상 (물체가 전기적 성질을 가지는 것)

   물질은 보통의 경우 전기적으로 중성 상태 즉, (+) 전하량과 (-) 전하량이 같은 상태에 있다. 여기에 외부
  힘에 의해 전하량의 평형이 깨지면 물체는 (-) 전기 혹은 (+) 전기를 띠게 되는데 이렇게 전기를 띠게 되는
   현상을 대전이라 하고 대전된 물체를 대전체라 한다.

마찰 전기의 발생 원리와 마찰전기 계열 <출처:네이버백과사전>

  서로 다른 물체를 마찰하게 되면 전자가 두 물체 중 전자 친화도가 높은 물체로 이동을 하게 된다.
  이때 전자를 잃은 쪽이 (+), 전자를 얻은 쪽이 (-)로 대전된다.
  ex)  유리와 종이를 마찰 시 유리(+), 종이(-) / 종이와 철 마찰 시 종이(+), 철(-)

◎ 박 검전기 (leaf electroscope)

1. 중성인 검전기에 전기를 띤 물체(대전체)를 근처에 가져간다.
2. 대전체에 의해 척력이 발생하여 금속박 쪽으로 대전체와 같은 극의 전기를 띄게 된다.
3. 박끼리로 척력이 발생하면서 금속박이 벌어진다.
4. 손으로 금속판을 잡으면 손을 통해 대전체와 같은 극이 빠져나가게 된다.
5. 금속박이 다시 오므라 든다.
6. 대전체를 제거한다 (금속판에 대전체와 작용하던 인력이 사라진다.)
7. 금속판에 있던 전하가 서로 척력을 발생하며 금속판과 금속박으로 벌어지며 금속박이 벌어진다

◎ 실험장치

패러데이통 , 센서

◎ 실험방법

 1. 접지 (패러데이 통의 안쪽 통과 바깥 통을 평준화시킨다.)

2. 유도(electrostatic induction) - 마찰시킨 물체를 안쪽 통에 넣었다 뺀다 - 그래프를 확인
   (주의! 통과 물체가 접촉하면 안 된다.)

3. 대전(electrification) - 마찰시킨 물체를 안쪽 통에 넣어고 통과 접촉시킨다 - 그래프를 확인

4. 박 검전기와 같은 과정을 진행
  1. 대전체 안쪽 통에 넣기
  2. 안쪽 통과 바깥 통 동시에 손으로 잡기
  3. 손을 치우고 대전체를 제거